Wstęp

W dniu wczorajszym padły historyczne rekordy letnich temperatur w Polsce. W Słubicach zanotowano temperaturę 40,5 °C, a w Toruniu 40,3°C. Fala upałów, jakich do tej pory nie znaliśmy przechodzi przez Europę, powodując w wielu europejskich miastach zamykanie szkół, odwoływanie zabiegów w szpitalach czy ograniczając kursowania pociągów, a często niestety także zbierając śmiertelne żniwo.

Eksperci biją na alarm: potrzebna jest zmiana filozofii – musimy fundamentalnie zmienić sposób projektowania budynków. Dotychczas koncentrowaliśmy się przede wszystkim na ograniczaniu strat ciepła zimą. Tymczasem coraz częściej to nie mróz, lecz przegrzewanie staje się największym wyzwaniem dla komfortu, zdrowia i funkcjonowania infrastruktury. Przez ostatnie trzydzieści lat nauczyliśmy się doskonale zatrzymywać ciepło w budynkach zimą. Niestety, znacznie mniej uwagi poświęciliśmy temu, jak się go pozbyć latem.

Budynki odporne na przegrzewanie

W projektowaniu budynków dotychczas główna uwaga była skierowana na ograniczanie strat ciepła zimą. Ma to uzasadnienie, gdyż różnica temperatur pomiędzy wnętrzem budynku a otoczeniem zimą przekracza często 40 stopni. Latem ta różnica nie jest tak duża, jednak o ile możemy skutecznie chronić się przed chłodem za pomocą ubioru, o tyle przed ogromnymi upałami stajemy się często bezraddni.

Gdy przez kilka, czy kilkanaście dni z rzędu temperatury znacznie przekraczają 30-35 stopni, a gorące noce sprawiają, że budynki nie mają kiedy ulec wychłodzeniu i każdego kolejnego dnia jest gorzej, należ zastanowić się czy nie skorygować kierunków i tendencji w projektowaniu.

Dotychczas projektowaniu budynków pierwszym naturalnym odruchem było podniesienie temperatury obliczeniowej latem. Jednak ciągłe zwiększanie mocy chłodniczych i instalowanie masowo klimatyzacji, jakkolwiek jest często konieczne tak naprawdę jeszcze pogłębia problem tworząc szczególnie z miast strefy niemożliwe do życia. Trzeba mieć bowiem świadomość, że usuwając ciepło z budynków wyprowadzamy je na zewnątrz dodatkowo jeszcze je zwiększając, gdyż dodajemy do niego jeszcze ciepło wyprodukowane przez sprężarki.

Zwiększamy w ten sposób efekt tzw. Miejskich Wysp Ciepła, czyli tworzymy miejsca w miastach, gdzie temperatura jest wyższa nawet kilkanaście stopni niż na obszarach wiejskich.

Nie chodzi zatem o ciągłe zwiększanie mocy chłodniczych dla chłodzenia i wentylacji, ale przyjrzenie się budynkom z punktu widzenia energii cieplnej, nie tylko możliwej do zatrzymania bądź odprowadzenia, ale przede wszystkim zabezpieczenia budynków, by nadmiar ciepła wogóle nie dostał się do wewnątrz. Jednym słowem chcemy odpowiedzieć na pytanie co zrobić, by budynki nie stawały się ogromnymi magazynami ciepła wtedy kiedy nie jest to potrzebne?

Projektowanie pod przegrzanie

Historia budownictwa zawsze była historią dostosowywania się do klimatu, a dziś klimat ewoluuje szybciej niż nasze przyzwyczajenia projektowe.

Dlatego największym wyzwaniem współczesnych budynków nie jest już odpowiedź na pytania, jak zatrzymać ciepło zimą, ale jak sprawić, żeby latem budynek w ogóle nie zdążył się przegrzać? oraz: Czy budynek utrzyma akceptowalne warunki przez kilka kolejnych dni ekstremalnych temperatur bez nadmiernego zużycia energii?

Być może za kilka lat to właśnie odpowiedź na te pytania będzie decydowała o tym, czy szkoły, szpitale pozostaną otwarte, czy pracownicy będą mogli normalnie wykonywać swoje obowiązki, czy budynki zaprojektowane dzisiaj nadal będą spełniały swoją funkcję w klimacie jutra.

By odpowiedzieć na powyższe pytania, trzeba przeanalizować między innymi:

  • orientację budynku względem stron świata,
  • wielkość i rodzaj przeszkleń,
  • sposób zacienienia,
  • pojemność cieplną konstrukcji,
  • szczelność budynku,
  • możliwość przewietrzania nocnego,
  • zyski ciepła od ludzi, urządzeń i procesów technologicznych,
  • strategię pracy wentylacji oraz chłodzenia.

Dopiero analiza wszystkich tych elementów pokazuje rzeczywiste zachowanie budynku podczas upałów.

Zacienianie – najtańsza instalacja chłodnicza

W praktyce jedno rozwiązanie daje często większy efekt niż zwiększenie mocy agregatu chłodniczego.

To zacienianie.

Jeżeli promienie słoneczne zostaną zatrzymane przed ścianą, dachem czy szybą, energia cieplna nigdy nie trafi do wnętrza budynku.

Dlatego drzewa są jednym z najskuteczniejszych i jednocześnie najtańszych sposobów naturalnego chłodzenia miast. Zapewniają cień, który ogranicza nagrzewanie ulic i budynków, a dodatkowo poprzez transpirację – czyli odparowywanie wody z liści – mogą obniżać temperaturę otoczenia nawet o kilka stopni. Dlatego nowoczesne miasta powinny odchodzić od rozległych betonowych przestrzeni na rzecz zieleni: parków, ogrodów, zadrzewionych skwerów i terenów retencyjnych, które pomagają łagodzić skutki upałów.

Z kolei w architekturze samego budynku zewnętrzne żaluzje, rolety fasadowe, markizy, czy odpowiednio zaprojektowane elementy architektoniczne potrafią ograniczyć zapotrzebowanie na chłód znacznie skuteczniej niż wielu inwestorów przypuszcza. Żaluzje fasadowe, nowoczesne okiennice czy ażurowe zadaszenia, mogą redukować zyski ciepła od słońca nawet do 80%.

Te rozwiązania nie tylko poprawiają komfort ale i obniżają koszty eksploatacji.

Chłodzenie pasywne

Większość rozwiązań, które dziś określamy mianem pasywnego chłodzenia, nie jest żadnym współczesnym wynalazkiem. Loggie, dziedzińce, okiennice czy drzewa sadzone od strony południowej od wieków pomagały mieszkańcom krajów śródziemnomorskich przetrwać letnie upały. Dzisiejsza architektura po prostu odkrywa je na nowo, opisując językiem fizyki budowli i efektywności energetycznej.

Odpowiednio zaprojektowane osiedle czy kompleks biurowy może przez większą część dnia sam zapewniać sobie cień. Budynki rozmieszczone pod odpowiednim kątem zacieniają się wzajemnie o różnych porach dnia, dzięki czemu elewacje i przestrzenie pomiędzy nimi nagrzewają się znacznie wolniej.

Równie ważne są odległości pomiędzy budynkami oraz pozostawione pomiędzy nimi prześwity. Tworzą one naturalne korytarze przewietrzania, które umożliwiają swobodny przepływ powietrza i odprowadzanie nagrzanych mas powietrza z przestrzeni miejskiej. Jeżeli zabudowa jest zbyt zwarta, powietrze praktycznie przestaje cyrkulować, a ciepło pozostaje uwięzione pomiędzy budynkami. Wówczas nawet po zachodzie słońca temperatura na osiedlu może utrzymywać się o kilka, a nawet kilkanaście stopni wyżej niż na terenach otwartych.

Wentylacja nocna i freecooling – budynek może magazynować chłód

Naturalne materiały budowlane długo się nagrzewają, ale równie długo oddają zgromadzoną energię.

Jeżeli nocą wykorzystamy chłodniejsze powietrze do przewietrzenia budynku, ciężkie stropy i ściany mogą zgromadzić chłód, który następnego dnia będzie wymagał mniejszej energii

Warunek jest jeden – budynek nocą musi mieć możliwość skutecznego wychłodzenia.

Jeżeli temperatura powietrza zewnętrznego spada poniżej temperatury wewnątrz budynku, warto wykorzystać ją do naturalnego lub mechanicznego chłodzenia obiektu.

Coraz cieplejsze noce sprawiają, że odpowiednie zaprojektowanie wentylacji nocnej staje się równie ważne jak dobór urządzeń chłodniczych.

Dobrze zaprojektowany system automatyki może sam zdecydować, kiedy bardziej opłaca się wykorzystać chłodne powietrze zewnętrzne, a kiedy uruchomić agregat chłodniczy.

Standardowo automatyka central stosuje tzw. nocne przewietrzanie, tzn pracuję z obniżoną wydajnością w czasie godzin nocnych, jednak latem bardzo skuteczne może być przewietrzanie ze zwiększoną wydajnością, co pozwoli szybciej odprowadzić z wnętrza nadmiar ciepła..

Każda godzina pracy w trybie freecoolingu oznacza niższe zużycie energii i mniejsze obciążenie urządzeń.

Podsumowanie

Przegrzewanie budynków jeszcze kilka lat temu było problemem, o którym mówiło się głównie w krajach południowej Europy. Dziś coraz częściej dotyczy również Polski i wszystko wskazuje na to, że z każdym rokiem będzie nabierało znaczenia.

Dlatego samo zwiększanie mocy klimatyzacji nie wystarczy. O komforcie latem w dużej mierze decydują rozwiązania, które zapadają znacznie wcześniej – już na etapie planowania budynku i jego otoczenia. Odpowiednia orientacja względem stron świata, wzajemne zacienianie się budynków, korytarze przewietrzania, zieleń, ograniczenie zysków słonecznych czy możliwość wykorzystania wentylacji nocnej mogą mieć większy wpływ na temperaturę wewnątrz niż montaż kolejnego, większego agregatu chłodniczego.

Być może właśnie dlatego w najbliższych latach zmieni się sposób, w jaki będziemy myśleć o projektowaniu budynków. Zamiast pytać wyłącznie o to, ile energii zużyją zimą, coraz częściej będziemy zastanawiać się, czy zapewnią komfort również podczas tygodniowej fali upałów. I to będzie jedno z największych wyzwań współczesnej architektury oraz branży HVAC.