Wykorzystanie odnawialnej energii Słońca we współczesnej energooszczędnej architekturze i urbanistyce służy kreowaniu przyjaznego człowiekowi, zdrowego środowiska życia - domu i przestrzeni miejskiej, wpisując się w działania na rzecz realizacji idei zrównoważonego rozwoju. Promowanie tej idei, a w jej ramach m.in. również architektury słonecznej, daje szansę na adaptację Ziemi i jej przyrody do tempa rozwoju współczesnej cywilizacji. Jest odpowiedzią na globalny problem zmian klimatycznych, konieczność ochrony przestrzeni naturalnej i różnorodności biologicznej oraz redukcji emisji CO2. Ograniczenie konsumpcji energii stanowi największe wyzwanie dla działalności budowlanej człowieka u progu trzeciego tysiąclecia.
Nurt ekologiczny w architekturze rozrósł się i przekształcił z końcem lat 80. XX w. w ruch kultury zrównoważonego rozwoju, obejmując w ramach architektury słonecznej nie tylko charakterystyczne dla poprzedzającego go dwudziestolecia, eksperymentalne projekty, idee i działania w małej skali: domu czy osiedla, ale - rozszerzając je, szczególnie w ostatniej dekadzie - również na większe założenia w przestrzeni miasta. Realizacje architektoniczne, obok pasywnych systemów słonecznych, stopniowo wdrażały różnorodne, nowatorskie rozwiązania technologiczne. Wymienić tu należy pionierską koncepcję ekologicznej, podwójnej fasady Centrali Lloyda (1986, Londyn) R. Rogersa oraz dwuwarstwową, wentylowaną elewację siedziby parlamentu brytyjskiego M. Hopkinsa (1989). P. Sabbady (1980), opierając się na doświadczeniach związanych z realizacją biosolarnych budynków w Lucernie i Zurychu, zaprezentował metodę powstawania biosłonecznej (kosmobiologicznej) architektury, podporządkowanej modelom biologii. W ostatnich latach uzyskano znaczny postęp rozwoju nowego typu rozwiązań konstrukcyjnych w architekturze. Służą temu nowe materiały i systemy technologiczne dla kształtowania powłoki, ''skóry'' budynku, włączając przeźroczyste izolacje termiczne, systemy zacieniające i doświetlające, nowe typy szkła i nowe możliwości konstruowania fasad budynku, doskonalenie aktywnych technologii słonecznych, a także rozwiązań pasywnych. Powłoka budynku przestaje być strefą, w której może dochodzić do strat w zakresie energii, a zaczyna służyć, w całości lub częściowo, jej pozyskiwaniu. Możliwości technologiczne, w połączeniu z różnorodnymi rozwiązaniami estetycznymi i tradycją miejsca, decydują zatem o ukształtowaniu bryły budynku, jego zewnętrznym wystroju oraz o rozwiązaniach urbanistycznych z działaniami rewaloryzacyjnymi włącznie. Znajdują się one nadal w krajach Zachodniej Europy w sferze eksperymentalnej oraz w fazie testowania prototypowych rozwiązań, które na ogół sponsorowane są przez lokalną administrację, instytucje rządowe, a także programy Unii Europejskiej.
Druga generacja architektury słonecznej, która rozwija się w ostatniej dekadzie w ramach trzeciej fali energooszczędnych rozwiązań w budownictwie XX w., wpisuje się w cele stawiane generalnie całemu zrównoważonemu środowisku zbudowanemu1). Architekci proponują rozwiązania projektowe mieszczące się pomiędzy koncepcją high- i low-tech, które są tak różnorodne jak różnorodny jest lokalny klimat i kultura. Świadczą o tym zaprezentowane niżej przykłady zespołów mieszkaniowych o rozwiązaniach pasywnych oraz łączących systemy pasywne z aktywnymi.
 |
| Rys. 1. Architektura mieszkaniowa słoneczna eksponująca hole i wnętrza słoneczne: a, b – Osiedle Egebjerggĺrd, Ballerup, Kopenhaga, Dania; c – Fragment bryły budynku. Zespół mieszkaniowy przy Mariendalsvej, Kopenhaga, Dania. Fot. autorka |
Pasywne systemy pozyskiwania energii słonecznej w projektowaniu współczesnych domów i osiedli
Analiza ostatniego ćwierćwiecza (1980-2004) pokazuje rozwój szerokiego spektrum form w architekturze i urbanistyce stosujących pasywne systemy słoneczne. Przegląd koncepcji architektonicznych tego okresu świadczy o ich bogactwie, a także różnorodności postaw architektów w poszukiwaniu zbliżenia architektury i przyrody poprzez otwarcie na nią środowiska życia człowieka. Podejście bioklimatyczne, tradycyjnie stosowane w historii i odkryte na nowo w okresie pierwszego kryzysu naftowego w krajach zachodniej Europy, odrodziło się w latach 70. i 80. XX w. Wyraża się w kształtowaniu budynku i zespołu mieszkaniowego w dostosowaniu do warunków miejsca, terenu i klimatu: kierunku wiatrów i ekspozycji słonecznej.
Zakłada energooszczędne standardy: zwartą bryłę zabudowy i ograniczoną powierzchnię ścian, brak lub niewielkie otwory okienne w północnych fasadach, a także grupowanie pomieszczeń zgodnie z ich funkcjami, w celu zmniejszenia strat energii związanej z ogrzewaniem i oświetleniem. Ściana południowa jest najważniejszym elementem budynku słonecznego jako płaszczyzna pozyskująca energię słońca. Oprócz tradycyjnej funkcji pełni zatem istotną rolę w koncepcji energetycznej. Jej estetyka odzwierciedla realizację tych zadań, jakkolwiek nie zawsze jest to jednoznacznie odczytywane, zwłaszcza w przypadku założenia tradycyjnej i nie zdominowanej techniką estetyki architektonicznej.
Pasywna architektura słoneczna eksponuje takie elementy budynku, jak: okna, oszklone hole, balkony, cieplarnie (ryc. 1a, b, c).
Odpowiednikami ich są: ogrody zimowe, oranżerie, werandy słoneczne, zielone izby, pokoje słoneczne, oszklone wykusze i przybudówki, okna kwiatowe, szklane przekrycia dachów i przestrzeni atrialnych (ryc. 2 i 3).
 |
| Rys. 2. Architektura słoneczna eksponująca ogrody zimowe: a, b, c, d – Osiedle Egebjerggĺrd, Ballerup, Kopenhaga, Dania; e – Dom słoneczny. Zespół mieszkaniowy Bo 01 „City of Tomorrow”, Malmö, Szwecja; f – Osiedle domów jednorodzinnych Toarp, Malmö, Szwecja. Fot. autorka |
Transparentne, przylegające do budynku kubatury pozyskują energię słoneczną dla celów ogrzewania na zasadzie efektu szklarniowego. Przeżywają renesans w ostatnim trzydziestoleciu, łącząc walory użytkowe z estetycznymi zarówno w bryle budynku, jak i jego wnętrzu. Stanowią najbardziej atrakcyjny sposób ocieplenia budynku słonecznego.
Są też miejscem kontaktu człowieka z przyrodą i krajobrazem. Rozwiązania pasywne stosowane są zarówno w skali pojedynczego domu jednorodzinnego lub ich zespołu, jak też w kompleksach wielorodzinnych oraz w procesie rewaloryzacji istniejącej zabudowy mieszkaniowej. W kompleksach budynków przeszklone elementy, oprócz pozyskiwania energii słonecznej, mogą osłaniać wspólną przestrzeń rekreacyjną, komunikacyjną, galerie, wspólne hole (ryc. 4).
 |
| Rys. 3. Architektura słoneczna pasywna eksponująca wykusze i okna słoneczne: a, b, c, d – zespół mieszkaniowy Bo 01 „City of Tomorrow”, Malmö, Szwecja; e – Wnętrze dziedzińca w zespole mieszkaniowym Sickla Udde. Dzielnica Hammarby Sjöstad, Sztokholm, Szwecja; f – zespół mieszkaniowy Øster Fælled, Kopenhaga, Dania, Fot. autorka |
Wykorzystanie aktywnych systemów pozyskiwania energii słonecznej
Od końca lat 70. XX w. datuje się szybki rozwój technologii pozyskiwania energii słonecznej i pierwsza produkcja przemysłowa kolektorów.
Lata 80. charakteryzowało też poszukiwanie rozwiązań pozwalających na zadowalającą pod względem estetycznym integrację fotowoltaiki z architekturą. Obecnie rozwiązania te, w powiązaniu z systemami pasywnymi w ramach drugiej generacji architektury słonecznej, traktowane są niejednokrotnie jako energooszczędny i ekologiczny standard. Demonstrują różne podejście ich autorów do estetyki, technologii, czynników ekonomicznych oraz integracji środowiska mieszkaniowego z przyrodą. Wiele współczesnych koncepcji projektowych poszukuje odpowiedzi na szersze zadanie włączania architektury słonecznej w różnorodne, proponowane przez urbanistów i architektów modele zrównoważonych osiedli mieszkaniowych, a także wizje rozwiązań eksperymentalnych i futurystycznych (rys. 4a, b).
 |  |
| Rys. 4. a – Idea „domu w domu”, arch. Jourda et Perraudin, 1992. Przeźroczysta powłoka mikroklimatyczna („skóra, płaszcz”) łączy komfort przeszklonego wnętrza z korzyściami pasywnego ogrzewania słonecznego, sprzężonego z systemem kolektorów. Eksperymentalny kompleks dydaktyczny z zespołem mieszkalnym, Herne, Niemcy; b – Heliotrop, eksperymentalny dom proj. R. Discha, wykorzystujący zjawisko heliotropizmu w przyrodzie. Fryburg, Niemcy. Rys. autorka |
Sanacja zespołów mieszkaniowych z wykorzystaniem energii słonecznej
Koncepcja zrównoważonego rozwoju współczesnego miasta łączy się ze zrównoważoną rewitalizacją. Wielki potencjał oszczędności energetycznych tkwi zarówno w nowej zabudowie, kształtowanej optymalnie z punktu widzenia energetyki, jak i w proekologicznej sanacji zabudowy istniejącej. Skierowany do „wewnątrz” rozwój zabudowy służy ograniczeniu jej ekspansji na zielone tereny otaczające. Jest jednym z najważniejszych zadań na najbliższe dziesięciolecia, szczególnie z uwagi na rosnącą ilość substancji budowlanej wymagającej odnowy.
Opiera się zasadniczo na rozwiązaniach architektoniczno-urbanistycznych łączących oszczędność energii, wody i terenu, podnoszących walory mikroklimatu. Powstają one we współpracy z mieszkańcami zarówno na etapie rozwiązań projektowych, jak i decyzji administracyjnych.
Szereg analizowanych działań rewaloryzacyjnych dotyczy zespołów usytuowanych na podlegających odnowie i rewaloryzacji obszarach staromiejskich lub śródmiejskich, na których miała miejsce wymiana programu wskutek likwidacji przemysłu, obiektów kolejowych, militarnych, portowych (rys. 6a, b).
 |
| Ryc. 5. a, b, c, d – Fragmenty zabudowy południowej i zachodniej pierzei od strony morza oraz wnętrza – demonstracja aktywnych systemów słonecznych połączonych z systemami pasywnymi. Dzielnica mieszkaniowa Bo 01 „City of Tomorrow”, Malmö, Szwecja; e – Eksperymentalny dom Villa Vision, Kopenhaga, Dania. Fot. autorka |
Estetyka architektury słonecznej – podsumowanie
Przedstawione wyżej przykłady świadczą, że „słoneczna” droga w architekturze prowadzi do nowych rozwiązań pod względem techniczno-energetycznym, funkcjonalnym, ekonomicznym, ale także i estetycznym. W ostatnich dekadach, wraz z doskonaleniem sposobów pozyskiwania energii słońca, pojawiły się różnorodne idee estetyczne (Solar-Design). Tradycyjne materiały, zastosowane w sposób nowy w przypadku domów i zespołów pasywnych, a także nowe materiały oraz technologie (kolektory, panele fotowoltaiczne) systemów aktywnych w koncepcjach mieszanych znajdują różne odzwierciedlenie w ich estetyce. Możliwości stałego doskonalenia technologii wykorzystujących energię słońca, a także oczekiwana wielka różnorodność rozwiązań, pozwalają przypuszczać, że będzie możliwe harmonijne wpisywanie ich w formę architektoniczną zarówno na zasadach projektowania domów tradycyjnych (por. ryc. 2 f), jak i inspiracji technologią.
Podobnie miało to miejsce w przeszłości, w odniesieniu do zmieniających się innych technologii budowlanych, obecnie uznawanych za tradycyjne.
Opierając się na przykładach można ogólnie podporządkować współczesne słoneczne strategie projektowe trzem kierunkom poszukiwań.
Należy do nich architektura stosująca systemy pasywne jako kontynuację tradycyjnych rozwiązań, charakterystycznych dla określonych regionów i stref klimatycznych. Promuje naturalne, niezależne od technologii, metody oraz materiały budowlane. Oceniane są krańcowo, jako utopijny lub też jedynie słuszny, najbliższy ideałowi ekologii, kierunek rozwoju w działalności budowlanej człowieka.
Drugi nurt reprezentuje odejście od tradycyjnych form historycznych i regionalnych, poszukując nowej estetyki i materiałów na bazie inspiracji przyrodą (por. ryc. 4 b).
 |
| Rys. 6. Sanacja historycznej zabudowy mieszkaniowej z wprowadzeniem przeszklonych werand słonecznych w śródmieściu Kopenhagi: a – Zespół mieszkaniowy przy ul. Gothåbsvej – fragment elewacji po rewaloryzacji; b – Budynek przy Helgesvej o szklanej, słonecznej fasadzie, wykonanej w ramach działań rewaloryzacyjnych. Fot. autorka |
Inne podejście prezentuje filozofia High-Tech, która ewoluuje w nurt łączący technikę, technologię i ekologię. Technologie słoneczne i związane z nimi materiały mogą wpływać na estetykę powłok budynku – ścian, dachu, konstrukcji oraz detalu (otwory okienne, drzwiowe, pokoje słoneczne, werandy, ogrody zimowe i oranżerie, urządzenia zacieniające) i decydować o estetyce jego wnętrza (oddziaływanie wymienionego detalu, ścian i stropów kolektorowo-magazynowych, systemów ogrzewania i chłodzenia, wentylacji, oświetlenia).
Obecnie zarysowują się zasadniczo trzy kierunki poszukiwań estetycznych:
. Otwarta na środowisko przyrodnicze współczesna architektura low-tech, a właściwie no-tech kontynuuje wymienione wyżej poszukiwania, a także m.in. idee Paolo Soleri (Arcosanti w Arizonie). Oparta na intuicji i indywidualnym podejściu do każdego projektu wpisuje się w miejsce i kontekst, poszukując organicznych rozwiązań.
. Architektura, która problemy wpisania w środowisko przyrodnicze rozwiązuje za pomocą technologii. Jej estetycznym symbolem są stalowe i szklane struktury współczesnych wybitnych architektów (grupa Read: N. Foster, R. Piano, R. Rogers, T. Herzog, F. Jourda i G. Perraudin). Stosuje zaawansowane technologie w odpowiedzi na idee zrównoważonego rozwoju. High-tech, eco-tech, styl międzynarodowy widzą potencjał możliwości estetycznych w zintegrowaniu nowych technologii z powłoką budynków o formie czerpiącej z rozwiązań energetycznych.
Architektura ta rozwija się w kierunku ograniczania nadmiaru techniki i instalacji na rzecz naturalnych rozwiązań, charakterystycznych dla danego klimatu, kultury i tradycji. Eco–tech, jako znacząca tendencja w architekturze zrównoważonej, zwraca się w kierunku rozwiązań o skutecznej i sprawnej powłoce budynku, optymalnie dostosowanej do eksploatacji energii słonecznej, pasywnego ogrzewania i chłodzenia.
Jako konieczność traktuje rozwijanie koncepcji projektowych na bazie postępu w badaniach nad materiałami budowlanymi, m.in. wykorzystaniu szkła jako materiału konstrukcyjnego, a także pozyskującego energię słoneczną.
. Architektura reprezentująca kierunek pośredni, humanistyczne podejście do środowiska (environmental humanism) znajduje się pomiędzy dwoma wyżej wymienionymi kierunkami, ale bliżej filozofii Paolo Soleri.
Do pośredniego kierunku zaliczyć można też nastawiony na realizację idei socjalnych social and democratic environmentalism, a także zorientowany na środowisko minimalizm (evironmental minimalism). Łączy on energooszczędne rozwiązania z oszczędną w środkach wyrazu architekturą, poszukując jej harmonii z krajobrazem.
W podsumowaniu należy podkreślić, że architektura słoneczna, podobnie jak inne dziedziny sztuki, włącza w nurt proekologiczny różne kierunki twórcze, style i tendencje.
Wyrażają się one w języku architektonicznym podporządkowaniem różnym zasadom podejścia do estetyki, technologii i realizacji idei zrównoważonego rozwoju. Rozwój technologii pozyskiwania energii słonecznej, ekonomiczna gospodarka energią oraz tworzenie przyjaznego klimatu wewnątrz budynku wywierają wpływ na koncepcję architektoniczną oraz zasady kształtowania zespołów urbanistycznych, jednak nie zawsze są jednoznacznie artykułowane w ich formie architektonicznej i wystroju. Technologia ukierunkowuje sposób podejścia do każdego projektu z uwagi na przyjęte zasady koncepcji energetycznej.
Narzuca optymalne dostosowanie formy architektonicznej do lokalnego klimatu i położenia geograficznego, słońca i kąta padania jego promieni, różnych w okresie roku i dnia oraz do energooszczędnych, obowiązujących standardów. Analiza przykładów potwierdza powtarzanie się schematu niskich budynków mieszkalnych i zespołów urbanistycznych o zwartej bryle, otwartych na słońce południowymi elewacjami, o ograniczonej powierzchni ścian północnych. Charakterystyczny detal to szklane płaszczyzny południowych słonecznych okien, oranżerii, balkonów, ogrodów zimowych, werand, wykuszy, a także ścian słonecznych oraz dachów.
Towarzyszą im elementy zacieniające w formie głębokich zadaszeń, osłon, żaluzji, a także zieleni, jak i charakterystyczne rozwiązania wnętrz. Uzupełnienie systemów pasywnych elementami kolektorowymi lub fotowoltaiką może stanowić inspirację dla kształtowania bryły i detalu, ale też może odbywać się na zasadzie całkowitego wtopienia ich w architekturę.
Budynek słoneczny wprawdzie ma za zadanie pozyskiwanie energii słońca, a w systemach aktywnych również wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej (fotowoltaika), jednak nie można podchodzić do niego jak do stacji czy lektrowni słonecznej. Jest miejscem życia, środowiskiem mieszkaniowym otwartym na wszystkie potrzeby człowieka, a także przyrody.
Wykorzystanie możliwości techniki i technologii zakresie konstrukcji i materiałów i doskonała ich znajomość nie oznacza bezwzględnego im podporządkowania. Przyjęcie założenia, że architektura słoneczna powinna zmierzać do spełniania aktualnych kryteriów zrównoważenia środowiskowego, stosowanych w ocenie budynków mieszkalnych, oznacza, że odpowiadać powinna wymogom funkcjonalności i estetyki (GBC 2000/2001).
Nowe technologie szkła, służąc pozyskiwaniu energii Słońca, pozwalają na łączenie wnętrza budynku w sposób nieograniczony z jego otoczeniem. Wspomniany nowy detal architektoniczny, jakim jest ściana słoneczna, okno, transparentny wykusz czy ogród zimowy, mają zatem znaczenie nie tylko technologiczne, estetyczne, ale sprzyjają też wpisaniu wnętrza mieszkalnego w krajobraz. Służąc bliższemu kontaktowi człowieka z przyrodą, umożliwiają pełne zespolenie z nią środowiska jego życia. Wzbogacają architekturę o wartości humanistyczne – komfort człowieka i przyrody.
dr hab. inż. arch. Stanisława Wehle-Strzelecka
Wydział Architektury Politechniki Krakowskiej, Kraków
1) Należy tu dodać, że z terminem ''zrównoważone osiedle'' łączy się wiele różnorodnych interpretacji a także nadal nie zawsze jednoznaczne i przejrzyste zasady budowania i działania realizacyjne. Oznacza rozwiązania służące oszczędności wody, energii (m.in. pasywne i aktywne pozyskiwanie energii słonecznej), podporządkowanie kryteriom budowlano-biologicznym, ekonomicznym, klimatowi, oszczędności terenu oraz recyklingowi materiałów, ograniczeniu emisji gazów cieplarnianych związanych z użytkowaniem budynków. Oczekiwanym efektem jest też osiągnięcie standardu mieszkania zapewniającego pełny komfort psychiczny i fizyczny.
patrz też:
- Szkło termotropowe i fotochromatyczne w budownictwie , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 12/2007 ,
- Szklenie gazochromatyczne w architekturze , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2007
- Arkada słoneczna budynku „Solar Fabrik” we Freiburgu , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 5/2007
- Interaktywne, adaptacyjne, multimedialne – elewacje przyszłości , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 4/2007
- Szklenie elektrochromatyczne w budownictwie , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 3/2007
- i-modul Fassade – przełom w regulacji mikroklimatu budynku , Marcin Brzeziński, Świat Szkła 2/2007
- Możliwości technologiczne szkła a poszukiwanie rozwiązań proekologicznych , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 2/2007
- Wielowarstwowe elewacje przeszklone a koncepcja przegrody interaktywnej , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 1/2007
- Budynki wielkoskalarne jako struktury szklarniowe Część 2, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 1/2007
- Fasady. Rozwój i nowoczesność , Tadeusz Tarczoń, Świat Szkła 1/2007
- Kierunki rozwoju w projektowaniu elewacji przeszklonych , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 12/2006
- Budynki wielkoskalarne jako struktury szklarniowe cz. 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 12/2006
- Problem kształtowania okien słonecznych cz. 2 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 11/2006
- Problem kształtowania okien słonecznych cz. 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 10/2006
- Budynek Centrum Olimpijskiego w Warszawie , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 9/2006
- Technologia fotowoltaiczna na dachach budynków - spojrzenie architektoniczne , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2006
- Kompleks biurowy RONDO-1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 5/2006
- Energetyczna rola szklenia w zewnętrznych przegrodach budowlanych, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 12/2005
- Fasadowość architektury słonecznej - na przykładach budynków biurowych , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 11/2005
- Wielofunkcyjne ściany aktywne słonecznie w architekturze. Część 2 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 10/2005
- Wielofunkcyjne ściany aktywne słonecznie w architekturze. Część 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 9/2005
- Przestrzeń wewnętrzna atriów przeszklonych , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 8-8/2005
- Funkcja estetyczna struktur szklarniowych w architekturze. Część 2 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2005
- Funkcja estetyczna struktur szklarniowych w architekturze. Część 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 4/2005
- Aspekt użytkowy przestrzeni szklarniowych w budynkach biurowych i przemysłowych Część 2, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 3/2005
- Aspekt użytkowy przestrzeni szklarniowych w budynkach biurowych i przemysłowych Część 1, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 2/2005
