Dlaczego powstają solarne budynki?

Projekty architektury solarnej to znak naszych czasów, w których korzystanie z odnawialnych źródeł energii staje się sprawą priorytetową. Wpisują się w strategię redukcji emisji gazów cieplarnianych i zeroenergetycznego czy też zeroemisyjnego budownictwa. Cele związane z energooszczędnością zostają tutaj dopełnione dążeniem do powstawania budynków autonomicznych, które są w jak największym stopniu samowystarczalne i zarazem nie wywołują negatywnego wpływu na środowisko naturalne. Architektura solarna to przykład takich realizacji w oparciu o wciąż udoskonalane technologie, które dają coraz więcej możliwości, zarówno pod względem pozyskiwania energii słonecznej, jak również udoskonalenia założeń architektonicznych.

Między innymi fotowoltaika zintegrowana z budynkiem, stanowiąca bardzo ważne rozwiązanie solarne, staje się coraz bardziej efektywna i jednocześnie efektowna. Przykładem jej zastosowania są biurowce, centra handlowe czy nowoczesne siedziby różnorodnych instytucji. Fotowoltaiczne fasady generują energię, ale jednocześnie wyróżniają dany obiekt. Pełnią dodatkowo funkcję reprezentacyjną i promocyjną.

Architektura solarna wpływa na percepcję budynku oraz współtworzy jego rangę. Zależy też od klimatu i kultury, w której powstaje, a jej realizacje bywają naprawdę różnorodne. Począwszy od projektów high-tech poprzez skomplikowane formy organiczne naśladujące wzory natury i skończywszy na domach jednorodzinnych wtapiających się w krajobraz naturalny. Biorąc pod uwagę zastosowane rozwiązania, wyróżnia się zaś w ramach architektury solarnej dwa podstawowe systemy: pasywne (m.in. w zakresie konstrukcji i powłoki budynku, układu pomieszczeń czy wykorzystanych materiałów) oraz aktywne (fotowoltaika, kolektory słoneczne).

W jaki sposób cele energetyczne wpływają na formę architektury solarnej?

Dobrze zaprojektowany budynek solarny to przykład połączenia funkcjonalności i formy, która w wyniku zastosowania innowacyjnych technologii przekształca się wciąż i odnawia. W architekturze nie oznacza to zawsze maksymalnego podporządkowania zadaniom energetycznym, ale raczej źródło inspiracji do nowego spojrzenia na wartość użytkową i estetykę budynku. Okazuje się, że realizacje solarne mogą być nie tylko efektywne, ale też piękne czy wręcz zachwycające. Mogą budzić podziw – w klasycznym rozumieniu odbioru dzieł sztuki, które człowiek spotyka na swojej drodze i które go zadziwiają i fascynują. Tak właśnie podziwia się dopracowane pod względem formy budynki solarne, które jednocześnie są czymś więcej – przyjaznym miejscem do życia. Takie budynki nie przytłaczają, bo nie powstają wyłącznie z uwzględnieniem celów czysto energetycznych, ekonomicznych i estetycznych, ale z myślą o stworzeniu jak najlepszej przestrzeni zapewniającej człowiekowi codzienny dobrostan.

Realizują między innymi założenia architektury biofilicznej, która dąży do zapewnienia warunków umożliwiających współistnienie człowieka i natury. Połączenie koncepcji biophilic design i architektury solarnej przynosi doskonałe efekty. Założenia samowystarczalności energetycznej, redukcji emisji gazów cieplarnianych i atrakcyjnej estetyki zostają w ten sposób dopełnione o czynnik emocji, samopoczucia, zdrowia. Idea zrównoważonego rozwoju w budownictwie spełnia się dzięki temu na wielu poziomach jednocześnie, przekraczając niejednokrotnie granice jednego budynku. Staje się projektem urbanistycznym i obejmuje daną dzielnicę czy całe miasto. Model architektury ulega wyraźnej transformacji. To co odwieczne, czyli zasoby natury, łączy się z tym, co nowoczesne, czyli technologią, a zadaniem architektury jest integracja (także estetyczna) tych dwóch obszarów.

Estetyka i struktury solarnych budynków

Można powiedzieć, że estetyka architektury solarnej jest jednocześnie na wskroś nowoczesna i w pewnym sensie tradycyjna. Jej poniekąd uniwersalny charakter odzwierciedla się chociażby w stosowaniu materiału, jakim jest szkło. „Odkryte” na nowo w architekturze początku XX wieku dzisiaj zyskuje na znaczeniu. Fascynowało i inspirowało od wieków, łącząc funkcjonalność z doświadczeniem estetycznym – tak jak na przykład w przypadku gotyckich witraży.

Dzisiaj eksponuje się szklane elementy na wiele sposobów, także w budynkach solarnych, które dostarczają nie tylko czystą energię, ale też wrażenia. Istotną rolę odgrywa tutaj wdrożenie technologii BIPV (Building Integrated Photovoltaics). Umożliwia ona integrację fotowoltaiki z budynkiem i daje dużo możliwości w zakresie kształtowania wyglądu budynku. Pozwala uzyskać jednocześnie pożądany zysk energetyczny i efekt wizualny. Zwłaszcza że moduły BIPV dostępne są w różnych kształtach, kolorach i rozmiarach. Co ważne, nie uzupełniają one tradycyjnych materiałów budowlanych, ale je zastępują (BIPV zastępują okna, dachówki, elementy fasady). Stają się one częścią złożonego systemu, który produkuje energię, zabezpiecza przed działaniem czynników atmosferycznych i znacząco wpływa na powłokę budynku. Jak wieki temu, szkło inspiruje do tworzenia niezwykłych rzeczy, choć ma diametralnie inną strukturę i formę.

Fotowoltaika zintegrowana z budynkiem stanowi rozwinięcie tradycyjnych instalacji fotowoltaicznych, jakby dodanych do obiektu. Piotr Kuczia włącza oba rozwiązania do 10 najważniejszych struktur architektury solarnej (Solarna aktywacja budynków: 10 rozwiązań strukturalnych). Standardowe ogniwa fotowoltaiczne oraz kolektory słoneczne to przykład struktur addytywnych, czyli właśnie dodanych do budynku. Takich, które nie prowadzą do zmian strukturalnych i pozostają „obce”. W przeciwieństwie do solarnych struktur zintegrowanych, które przejmują funkcję fasady czy pokrycia dachowego. Standardowe instalacje fotowoltaiczne, montowane również w domach jednorodzinnych, zalicza się do struktur addytywnych.

Kształty nowoczesnych budynków

W przypadku architektury solarnej olbrzymie znaczenie ma geometryczna optymalizacja budynku, która oznacza przemyślaną, atrakcyjną, zwartą bryłę oraz funkcjonalny układ pomieszczeń. W istocie wspiera generowanie energii i zapobieganie jej stratom. Pod uwagę bierze się tutaj między innymi usytuowanie budynku, wykorzystanie nasłonecznienia, rozmieszczenie okien i częściej użytkowanych pomieszczeń od strony południa.

Rozwiązanie strukturalne wprowadzane w solarnej architekturze to także, znana od czasów starożytności, szklarnia. Może ona stanowić część konstrukcji lub być niejako dołączona do budynku. To doskonały przykład tego, jak architektura powiela znane wzorce, przekształca je, unowocześnia i podporządkowuje własnym celom. Podobnym rozwiązaniem jest przeszklone atrium. Koncepcja szklarni zostaje rozwinięta też w projektach typu „budynek w budynku”, w których zewnętrzna powłoka „otula” rdzeń, pozyskuje energię słoneczną oraz chroni przed czynnikami atmosferycznymi i stratami ciepła. Podobne efekty osiąga się w budynku zbudowanym na zasadzie solarnych sfer, kiedy to ściany i dach wykonuje się z materiałów, które przepuszczają światło słoneczne.

Na uwagę zasługują także „podwójnie zintegrowane przegrody zaktywowane solarnie”, czyli najczęściej podwójne fasady i dachy, które sprawdzają się przede wszystkim w budynkach wysokościowych. Spotkać można również budynki, które „podążają” za słońcem, czyli zaopatrzone między innymi w specjalistyczne urządzenia, obrotowe i przesuwne elewacje czy obrotowe dachy. Są to jednak rozwiązania bardzo kosztowne i z tego względu rzadko wykorzystywane w budownictwie.

Mikroinstalacja fotowoltaiczna w naszych domach

Elementem architektury solarnej jest także standardowa fotowoltaika. Instalacje fotowoltaiczne powstają nie tylko w nowych budynkach, ale także w tych poddanych termomodernizacji (w których wykorzystuje się również technologię BIPV). Montuje się je w budynkach jedno- i wielorodzinnych (mieszkalnych, biurowych, szkolnych, przemysłowych). Fotowoltaika należy do najszybciej rozwijającego się sektora odnawialnych źródeł energii. Choć instalacje fotowoltaiczne w większości nie oznaczają oryginalnych realizacji architektonicznych i traktowane są jako „dodatek” do budynku, a nie integralna część jego struktury, to świadczą o przemianie dokonującej się w całym budownictwie.

Można przyjąć, że rozwiązania z zakresu budownictwa solarnego będą stawały się coraz bardziej rozpowszechnione. Słoneczne domy niczym z opowieści science fiction staną się rzeczywistością. Czy wobec tego architektura zmieni się radykalnie i uprości swoją formę, podporządkowując ją celom energetycznym? Zarządzanie zużyciem energii oraz jej pozyskiwanie to priorytetowe wyzwania dla współczesnej architektury, która intensywnie się przeobraża. Wpływ na taką sytuację ma rozwój technologii OZE oraz większości materiałów budowlanych i rozwiązań konstrukcyjnych. Budynki coraz bardziej przejmują dodatkowe funkcje, takie właśnie jak zapewnienie energii. Odzwierciedla się to w stylu architektonicznym, który obecnie reprezentuje rozwijająca się architektura solarna. „Solar design” staje się coraz bardziej wyrazisty i rozpoznawalny. Jednocześnie – zróżnicowany, bo dostosowujący się do przeznaczenia budynków, lokalizacji, otoczenia naturalnego i społecznego.

Źródła:

P. Kuczia, Solarna aktywacja budynków: 10 rozwiązań strukturalnych, „Czasopismo Techniczne. Architektura” 2-A/2/2001.

S. Wehle-Strzelecka, Współczesne technologie pozyskiwania energii słonecznej i ich wpływ na estetykę rozwiązań architektonicznych, „Czasopismo Techniczne. Architektura” 4-A/2007.

własne, termomodernizacja.pl