Facebook

Technologie w światowej architekturze

Z:A 71

KATEGORIA: Praktyka

Architektura jest dynamiczną i zorientowaną na przyszłość dyscypliną, w której rozwoju kreatywność oraz innowacje odgrywają najważniejsze role.

Odnosząc się do związku innowacji technologicznych z architekturą, Ben van Berkel z unstudio stwierdził: „Rewolucja cyfrowa napędza zmiany w każdej części naszego życia, z wyjątkiem środowiska zbudowanego. Teraz nadszedł czas, aby architektura dogoniła technologię. Jako architekt uważam, że daje ona świetną okazję, aby dotrzeć do samej istoty architektury, czyli  ludzi”1. Entuzjazm ten łagodzi Caroline Bos z tej samej pracowni. Jej zdaniem „[...] powszechnie nadużywany termin «innowacja» jest dość powierzchownie kojarzony z przejściowymi modami lub trendami, a prawdziwą innowację można poznać dopiero po autentycznej zmianie zachowań i dotychczasowych wzorców działań, przekształceniu zarówno sposobu produkcji, jak i konsumpcji u samych podstaw”2. Nie zmienia to faktu, że praktyka architektoniczna musi stale dostosowywać się do złożonych i dynamicznych okoliczności. Niezależnie od wielkości biura projektowego warunkiem pojawienia się innowacji jest stworzenie środowiska sprzyjającego kreatywnemu myśleniu, badaniom, rozwojowi oraz wymianie pomysłów, a także ustawiczna edukacja i eksperymentowanie.

Skóra budynku jako zawór środowiskowy

W dyskursie architektonicznym obudowa budynku często określana jest jako „skóra”. Użycie tego terminu to więcej niż tylko metafora. Stoi za nim przede wszystkim technologia, bowiem zewnętrzne przegrody obiektu tworzą złożoną membranę zdolną do wymiany energii, materii i informacji3.

Takie podejście do projektowania budynków pojawiło się pod koniec lat 60. XX wieku. Buckminster Fuller (1895–1983) postrzegał obudowę obiektu jako element aktywny, którego powierzchnia może naśladować wrażliwość i  porowatość skóry żywego organizmu. Zewnętrzne przegrody zaczęto traktować jako „zawór środowiskowy” (ang. environmental valve) regulujący przekazywanie energii, światła, powietrza, wilgoci oraz informacji między środowiskiem wewnętrznym a otoczeniem4. Architektura responsywna stanowi zespół rozwiązań przestrzennych, funkcjonalnych i technologicznych, który upodabnia budynek do organizmu reagującego i rozwijającego się dzięki bodźcom zewnętrznym5. Jest on w stanie dynamiczne adaptować się do zmiennych czynników środowiskowych oraz bieżących potrzeb użytkowników6. Co więcej, charakter obudowy, pełniącej funkcję fizycznej granicy określającej przestrzeń, determinuje nie tylko stopień ciągłości pomiędzy wnętrzem obiektu a otoczeniem, lecz także kształtuje nastrój, atmosferę i środowisko wnętrz7.

Reorganizacja praktyki projektowej

Narzędzia wspomagające proces projektowy i innowacyjne metody współpracy, takie jak BIM, zapewniają nowe sposoby integracji projektowania architektury, konstrukcji i systemów instalacji. To z kolei gwarantuje dodatkową elastyczność oraz dynamizm działania wszystkich członków zespołu, dzięki czemu możliwe jest ciągłe uczenie się oraz szersza implementacja nowatorskich rozwiązań, zgodnie z zasadą: „od koncepcji do projektu wykonawczego”. Wzajemne powiązanie różnych dyscyplin technicznych służy połączeniu wielu narzędzi w celu osiągnięcia optymalnej efektywności energetycznej, środowiskowej i ekonomicznej w pełnym „cyklu życia” budynku.

Intensywnemu rozwojowi aktywnych energetycznie fasad towarzyszą postępy w technologii inżynierii materiałowej, elektronicznej, cybernetyce i sztucznej inteligencji. Ponadto, nowe rozwiązania, inteligentne materiały oraz systemy rozproszone dały impuls do wprowadzenia modeli biologicznych w celu zrozumienia i kontroli zachowania, a także projektowania systemów budowlanych.

Innowacje w kształtowaniu zewnętrznych przegród budynku

W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci konieczność optymalizacji charakterystyki energetycznej budynków i zmniejszenia emisji dwutlenku węgla doprowadziła do coraz powszechniejszego wykorzystywania źródeł odnawialnych. Wyzwaniu temu towarzyszyło poszukiwanie najlepszych sposobów integracji systemów do produkcji energii odnawialnej, z uwzględnieniem nie tylko aspektów technicznych i ekonomicznych, lecz także architektonicznych związanych przede wszystkim z estetyką obiektów.

Elewacje i dach, rozumiane jako powłoka budynku (ang. building envelope), pełniące wiele istotnych funkcji, wpływają na sposób użytkowania całego obiektu. Wśród technologii produkcji energii z OZE najbardziej „architektoniczna” jest fotowoltaika, gdyż jako element przegród zewnętrznych budynku otwiera pole dla innowacji w projektowaniu. Koncepcja systemów stanowiących integralną część obiektu, która zakłada dostosowanie modułów PV do różnorodnych aplikacji wewnętrznych, stanowi alternatywę dla tradycyjnych elementów budowlanych w obrębie dachów czy elewacji (np. pokryć dachowych, szklanych systemów elewacyjnych i dachowych).

Koncepcja trwale zintegrowanych paneli fotowoltaicznych BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaics) to atrakcyjny zamiennik konwencjonalnych rozwiązań architektoniczno-budowlanych. Jego największą przewagą jest wielofunkcyjność. Technologie BIPV są złożonymi komponentami budowlanymi, które są w stanie zastąpić tradycyjne części składowe obiektu. Pojedyncze rozwiązanie bipv może spełnić wymagania, do których potrzeba dwóch lub więcej konwencjonalnych elementów technicznych czy warstw funkcjonalnych. W celu maksymalizacji zysków energii z ograniczonej powierzchni, na którą pada promieniowanie słoneczne, naukowcy z ETH pracują nad integracją kolektorów słonecznych i modułów fotowoltaicznych w obudowie budynku. Zaproponowali oni kolektory hybrydowe PV-thermal (BIPVT), co przyniesie znaczne zminimalizowanie kosztów oraz zużycia materiałów8.

Komponenty BIPV na zewnętrznych ścianach siedziby Hanergy w Pekinie świadczą o olbrzymim potencjale innowacji w kształtowaniu formy proekologicznych budynków. Integracja systemu fotowoltaicznego ze strukturą powłoki obiektu pozwala zarówno na efektywne wykorzystanie energii słonecznej, jak i zapewnienie ciekawego efektu wizualnego, nadającego inwestycji indywidualny charakter i wpisującego ją w nurt nowoczesnej „zielonej” architektury. Specjalny rodzaj organicznych cienkowarstwowych materiałów fotowoltaicznych został opracowany przez niemiecką firmę Heliatek z Drezna. Technologia wykorzystuje do produkcji energii oligomery. Nie charakteryzuje się ona jeszcze wysoką sprawnością (12%), jednak do jej zalet należą trwałość i lepsze – w porównaniu z ogniwami na bazie krzemu – działanie w warunkach słabego, rozproszonego oświetlenia i wysokich temperatur.

Lekkie, giętkie i półprzezroczyste organiczne ogniwa fotowoltaiczne otwierają nowe możliwości zastosowania instalacji OZE w architekturze. Ta rozwijająca się technologia osiąga coraz większą wydajność, co w najbliższej przyszłości może skutkować jej wykorzystaniem na szeroką skalę i detronizacją krzemowych odpowiedników9. Moduły OPV zostały np. zastosowane na „drzewach solarnych”, stanowiących charakterystyczny element niemieckiego pawilonu na wystawie EXPO 2015 w Mediolanie, autorstwa konsorcjum Schmidhuber, Lennart Wiechell, Milla & Partner oraz Nüssli10

Pawilon niemiecki na EXPO 2015, proj. Schmidhuber, Lennart Wiechell, Milla & Partner oraz Nüssli, fot. Justyna Juchimiuk.

Demonstracyjny budynek BIQ (Bio Intelligent Quotient), zaprojektowany przez architektów z firmy Splitterwerk we współpracy z Colt International, Arup i Strategic Science Consult, zaprezentowany na wystawie IBA – Hamburg w 2013 roku, to pierwszy na świecie obiekt generujący energię za pomocą fotobioreaktorów. W 129 zewnętrznych panelach elewacyjnych umieszczonych na fasadach prowadzona jest uprawa alg przetwarzanych na biomasę i biogaz, co pokrywa blisko 50% całkowitego zapotrzebowania energetycznego budynku11.

BIQ – pierwszy budynek z zastosowaniem bioreaktorów, proj. Splitterwerk, Colt International, Arup i Strategic Science Consult, fot. ricochet64 / Shutterstock.com.

Nowoczesnym technologiom zapewniającym efektywność energetyczną towarzyszą rozwiązania oczyszczające miejskie powietrze ze smogu. Aktywna fasada pawilonu włoskiego Palazzo Italia (proj. Studio Nemesi & Partners Srl, Proger SpA oraz BMS Progetti Srl) na wystawie EXPO 2015 w  Mediolanie powstała z wykorzystaniem nowatorskich materiałów – paneli z betonu wykazującego zdolność do oczyszczania powietrza ze związków siarki za pomocą reakcji fotokatalitycznej.

Palazzo Italia – pawilon włoski na EXPO 2015, proj. Studio Nemesi & Partners Srl, Proger SpA i BMS Progetti Srl, fot. PHOTOMDP / Shutterstock.com.

W obszarze innowacji należy wspomnieć także o badaniach prowadzonych w instytutach ICT (Institute for Computational Design and Construction) i ITKE (Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen) na Uniwersytecie w Stuttgarcie, ITA (Institute of Technology in Architecture) na Politechnice Federalnej ETH w Zurychu oraz w laboratorium IBOIS (Laboratory for Timber Constructions) na Politechnice Federalnej EPFL w Lozannie. Zauważalna jest również wzmożona aktywność innych ośrodków badawczych. Szwajcarski instytut CSEM (Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique) opracował białe moduły fotowoltaiczne stosowane w obrębie elewacji12, holenderski ECN (Energy Research Centre of the Netherlands) z partnerami13, w ramach projektu badawczo-rozwojowego, zaprojektowali wielofunkcyjny moduł Dutch Solar Design Photovoltaic (DSD-PV) z powierzchniami trwale zadrukowanymi według indywidualnego projektu dot-pattern (kolor, wzór, nadruk). Ten elewacyjny panel łączy swobodę projektowania, elastyczną technologię produkcji i gwarancję wydajności bliskiej 80% w porównaniu ze standardowym panelem słonecznym, co jest unikalne na rynku fotowoltaicznym14.

Instalacja wykonana z modułów solarnych DSD-PV, Dutch Design Week 2018, proj. UNStudio, fot. dzięki uprzejmości UNStudio.

Niemiecki Fraunhofer ISE (Institut für Solare Energiesysteme) wprowadził wielobarwne warstwy dla modułów słonecznych MorphoColor®, które charakteryzują się wysokim nasyceniem kolorów przy jednoczesnym zachowaniu wydajność bliskiej 93% w stosunku do tzw. klasycznego panelu15. Ośrodek ten realizuje także projekty pilotażowe z innych obszarów integracji rozwiązań fotowoltaicznych, np. agrofotowoltaiki (APV)16, fotowoltaiki zintegrowanej z pojazdami (VIPV), trasami transportowymi (RIPV) czy pływającymi systemami fotowoltaicznymi (FPV).

Podsumowanie

Ambitne projekty architektoniczne to wyjątkowa okazja do tworzenia niestandardowych oraz  innowacyjnych rozwiązań przestrzennych, funkcjonalnych i estetycznych. Potencjał ten możemy dostrzec nie tylko w postaci zrealizowanych już inwestycji, lecz także w organizacji procesu projektowego, zastosowaniu technologii budowlanych, działań w walce ze zmianami klimatu, a także w wymiarze edukacyjnym czy społecznym.

Rozwój technologii podąża w kierunku jak największej samowystarczalności energetycznej indywidualnych obiektów. Zasada działania aktywnej fasady budynku musi opierać się na powiązanych ze sobą koncepcjach energetycznych, które umożliwiają interakcję między obudową, budynkiem i środowiskiem zewnętrznym. Tego rodzaju zadanie zdecydowanie wymaga zintegrowanego podejścia do projektowania, tj. interdyscyplinarnej współpracy między architektami, konstruktorami i inżynierami branżowymi.

 

PRZYPISY:
  1. UNSense, www.unsense.com (data dostępu: 21.12.2019).
  2. Innowacje mają znaczenie. Rozmowa z Caroline Bos z UNStudio, http://www.bryla.pl/bryla/7,90857,22916260,projektowanie-z-mysla-o-przyszlosci-innowacje-maja-znaczenie.html (data dostępu: 21.12.2019).
  3. M. Wigginton, J. Harris, Intelligent Skins,„Elsevier Architectural Press”, Oxford 2006.
  4. T.M. Rohan, From Microcosm to Macrocosm. The Surface of Fuller and Sadao’s US Pavilion at Montreal Expo’67, „Architectural Design” vol. 73, no. 2, March/April, 2003, s. 50–56.
  5. M. Hensel, A. Menges, Inclusive Performance: Efficiency Versus Effectiveness. Toward Morfo-Ecological Approach for Design, „Architectural Design”, vol. 78/2–3, 2008, s. 54–63.
  6. P. Beesley, S. Hirosue, J. Ruxton, Responsive Architectures. Subtle Technologies, Cambridge 2006, s. 3–11.
  7. J. Pallasmaa,The Eyes of the Skin: Architecture and the Senses, Wiley 2013.
  8. Building Integrated Photovoltaic Thermal Collectors (BIPVT), www.systems.arch.ethz.ch/research/active-and-adaptive-components/building-integrated-photovoltaic-thermal-collectors.html (data dostępu: 21.12.2019).
  9. E. Klugmann-Radziemska, Technologiczny postęp w fotowoltaice, „Czysta Energia” 5/2014.
  10. Feeding the planet: Energy for life, ed. C. Grimaldi.
  11. Netzwerk IBA meets IBA, Zur Zukunft Internationaler Bauausstellungen, ed. U. Hellweg, Hamburg oraz www.iba.hamburg.de (data dostępu: 21.12.2019).
  12. Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique, www.csem.ch (data dostępu: 2.01.2019).
  13. DSD-PV zostało opracowane przez konsorcjum badawcze Dutch Solar Design Group utworzone przez ECN TNO, UNS United Network Studio, UNSense, TSVisuals, Design Innovation Group, Aldowa, Grupę Badawczą Urban Technology i Amsterdam University of Applied Sciences (HvA) w ramach Solar Visuals Ltd. Dutch Solar Design jest częściowo finansowany przez TKI Urban Energy (Top Sector Energy, Ministry Of Economic Affairs).
  14. ECN, publicaties.ecn.nl/PDFfetch.aspx?nr=ECN-F--17-035, www.dsd-pv.nl (data dostępu: 21.12.2019).
  15. www.ise.fraunhofer.de/ (data dostępu: 2.01.2020).
  16. www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/2019/agrophotovoltaik-hohe-ernteertraege-im-hitzesommer.html (data dostępu: 7.01.2020).
Justyna Juchimiuk
Justyna Juchimiuk
Architekt IARP

członek MAOIA RP, SARP, Polskiego Towarzystwa Energetyki Słonecznej, Grupy Zadaniowej ds. Inteligentnego i Zrównoważonego Rozwoju Miast i Społeczności przy PK; prowadzi badania dotyczące m.in. efektywności energetycznej i zastosowania OZE w architekturze; pracownik Instytutu Architektury i Urbanistyki WBAiIŚ UZ

TAGI

reklama

Warto przeczytać