Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Ekobudynki wysokie

Budynki ekologiczne | Zużycie energii | Budownictwo zrównoważone
Ekobudynki wysokie | High-rise green buildings
Ekobudynki wysokie | High-rise green buildings
Atkins Design Studio

Państwa zjednoczone w Unii Europejskiej są zobligowane do tego, by na ich terenie od 2021 r. były wznoszone wyłącznie budynki o niemal zerowym zużyciu energii. Czy jednak zeroenergetyczność jest szczytem w budownictwie?

Najnowsze pomysły budownictwa ekologicznego przekraczają granicę zeroenergetyczności i dotyczą budynków, które nie tylko nie potrzebują żadnej energii z zewnątrz do zasilania swoich systemów, ale nawet produkują energię, którą mogą oddawać innym.

Pierwszym przykładem budynku plusenergetycznego jest Heliotrop. Zbudowany on został w 1994 r. we Freiburgu jako prywatna rezydencja architekta Rolfa Discha.

Heliotrop jako pierwszy budynek na świecie wytwarza więcej energii niż zużywa (a ta zużywana przez niego energia jest w całości odnawialna), a ponadto nie emituje do atmosfery żadnych związków, nawet dwutlenku węgla (FOT. 1). Budynek podąża za słońcem dzięki możliwości obracania się, co pozwala na maksymalne wykorzystanie naturalnego światła i ciepła słonecznego.

Zobacz też: Energooszczędność a rozwój miast

Po sukcesie Heliotropu zaczęły powstawać kolejne budynki plusenergetyczne, a z czasem koncepcja ewoluowała. Zrodziły się pomysły na hotele, obiekty wielorodzinne, a także hale ekspozycyjne budowane w technologii plusenergetycznej.

Bardzo szybko pomysł podchwycili inwestorzy z Bliskiego Wschodu. Z inicjatywy emira Abu Zabi, stolicy Zjednoczonych Emiratów Arabskich, w 2006 r. ruszyła budowa Masdar City, pierwszego na świecie miasta ekologicznego (FOT. 2). Ma ono być zeroodpadowe i o zerowej emisji dwutlenku węgla, a także całkowicie zasilane energią słoneczną, wiatrową, wodną i biopaliwową.

Miasto ma być zlokalizowane na pustyni, 17 km od Abu Zabi. Koszt przedsięwzięcia przekracza 22 mld dol., a zakończenie budowy planowane jest na 2016 r.

Głównym celem, jaki postawili sobie twórcy, czyli projektant Norman ­Foster oraz inwestor, jest redukcja zużycia energii i produkcji odpadów w każdym budynku do takiego poziomu, aby była możliwość obsłużenia ich wyłącznie przez miejskie systemy czystej energii odnawialnej oraz zakłady przetwarzające odpady na energię.

ABSTRAKT

W artykule omówiono aktualne trendy w budownictwie ekologicznym dotyczące projektowania budynków wysokich. Podano przykłady ekologicznych budynków wysokich z opisem zastosowanych w nich technologii.

The article discusses current trends in ecological construction concerning high-rise building design. It also contains examples of high-rise green buildings, along with a description of technologies used to construct them.

Obecnie pojawiają się następne projekty miast ekologicznych, które powstają głównie w Chinach, takie jak Dongtan, Tianjin czy Tangshan (na wyspie Caofeidian), gdzie wykorzystuje się doświadczenia szwedzkie – z budowy jednej z dzielnic Malmo [1].

Idee budownictwa ekologicznego realizowane są nie tylko przy budowie miast, lecz także budynków wysokich i wysokościowych. Jednym z pierwszych takich budynków jest Bahrain World Trade Center w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, a ostatnio zrealizowano Pearl River Tower w Chinach.

Obiekt Bahrain World Trade Center

Jest to kompleks bliźniaczych wieżowców wybudowanych w 2008 r. w centralnej dzielnicy biznesowej miasta Manama w Bahrajnie (FOT.  3, 4). Mają one formę dwóch 46-kondygnacyjnych wież biurowych w kształcie żagli o wys. 240 m, które obsługiwane są przez trzy turbiny wiatrowe o średnicy 29 m wkomponowane w strukturę obiektu [2].

W 2008 r. budynek uzyskał nagrodę (od Council on Tall Buildings and Urban Habitat) dla „Najlepszego budynku wysokiego Środkowego Wschodu i Afryki”.

Wietrzny klimat Zatoki Perskiej sprzyja wykorzystaniu energii z wiatru. Wyzwaniem stała się więc ekonomiczność zastosowania turbin wiatrowych w tym budynku. Ostatecznie koszty związane z zastosowaniem takich turbin w Bahrain World Trade Center były mniejsze niż 3% wartości projektu [2].

Kształt obu wież został tak zaprojektowany, aby ukierunkować wiatr przepływający pomiędzy wieżami, oraz aby niezależnie od kąta oddziaływania wiatru siła jego oddziaływania była prawie identyczna. Wyniki analiz projektowych przedstawiono na RYS. 1–4.

Oprócz kwestii związanej z zakresem kątów, pod jakimi może działać wiatr, innym problemem było równomierne obracanie się turbin, bo, jak wiadomo, im wyższe położenie turbiny, tym prędkość (i siła) wiatru na nią oddziałująca jest większa.

Problem ten rozwiązano za pomocą ukształtowania wież. Zastosowanie wież w kształcie żagla zwężającego się ku górze, w miarę zmiany wysokości, powoduje zbieranie coraz mniejszej objętości wiatru oddziałującego na turbinę. Ponadto elipsoidalny przekrój wież wytwarza lej, który w efekcie zwiększa prędkość wiatru w obszarze turbin nawet do 30%.

Połączenie tych dwóch pomysłów prowadzi do równowagi wydajności energetycznej i prędkości obracania się turbin. W związku z tym górna i dolna turbina produkują 109% i 93% w stosunku do 100% energii produkowanej przez środkową turbinę [2].

Projektowana wydajność energetyczna turbin (przy ich stałej pracy w ciągu co najmniej połowy dnia) jest szacowana na poziomie 1,1–1,3 GWh rocznie, co daje 11–15% całkowitego poboru mocy przez obie wieże [2].

Przeczytaj także: Budownictwo zero- lub prawie zeroenergetyczne w warunkach polskich

Jak przyznają projektanci, liczby te określone są dość zachowawczo, ponieważ jest to pierwszy taki obiekt na świecie, gdzie turbiny są umieszczone pomiędzy budynkami na wysokości ponad 160 m nad poziomem terenu. Wydajność energetyczna może więc okazać się większa. Do dzisiaj nie przedstawiono jednak danych o rzeczywistej wydajności energetycznej turbin.

Bahrain World Trade Center nie był planowany jako budynek o niskiej emisji dwutlenku węgla (według europejskich i światowych standardów). Jednak niezależnie od turbin wiatrowych zawiera wiele rozwiązań, które zmniejszają tę emisję oraz powodują, że budynek nie oddziałuje negatywnie na środowisko. Oto najważniejsze [2]:

  • zastosowanie przestrzeni buforowych pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a powietrzem wewnętrznym, które będą miały wpływ na zmniejszenie temperatury powietrza i zmniejszenie przewodzenia zysków słonecznych,
  • zastosowanie na dachu głębokiego pokrycia żwirem, co zapewnia ochronę przed promieniowaniem ultrafioletowym i nagrzewaniem się powierzchni dachu,
  • zacienienie części zewnętrznych fasad szklanych przez balkony,
  • wzajemne zacienianie się balkonów na pochyłych elewacjach,
  • gdy cień nie jest zapewniony, zastosowanie wysokiej jakości szkła o niskim współczynniku przepuszczania, by zminimalizować zyski słoneczne,
  • zastosowanie otwieranych okien o niskiej przenikalności, aby umożliwić działanie mieszanego systemu wentylacji w miesiącach zimowych,
  • zastosowanie lepszej izolacji cieplnej nieprzezroczystych elementów,
  • zastosowanie zmiennej objętości pompowanej zimnej wody tak, aby można było pompować ją przy znacznie mniejszej mocy pompy niż w przypadku konwencjonalnych systemów, w których pompuje się wodę o stałych objętościach,
  • zastosowanie energooszczędnego, wysoko efektywnego, o wysokiej częstotliwości oświetlenia fluorescencyjnego ze sterowaniem obszarowym,
  • zaprojektowanie dwóch systemów odwadniających, które segregują odpady i nieczystą wodę, a także pozwalają na recykling szarej wody,
  • zastosowanie podwójnego strumienia wody w WC i elektronicznych kranów z ogranicznikami przepływu nadmiaru wody,
  • zaprojektowanie basenów odbijających promienie słoneczne przy wejściach do budynku, aby zapewnić lokalne chłodzenie wilgotnym powietrzem,
  • zastosowanie zasilanych energią słoneczną opraw świetlnych (wykorzystywanych m.in. do oświetlenia dróg).

Obiekt Pearl River Tower

Jest to 310-metrowy budynek, którego budowa zakończyła się w 2012 r., po 6 latach od rozpoczęcia (FOT. 5–6). Wieżowiec znajduje się w mieście Kanton w południowych Chinach, które jest najbardziej zanieczyszczonym miastem w państwie i stanowi główny cel inicjatyw proekologicznych rządu Chin [3].

Wieżowiec został ­zaprojektowany przez pracownię SOM (Skidmore, Owings & Merill) na zlecenie jednej z największych firm w Kantonie – Guadong Tobacco Company, która jest częścią Chinese National Tobacco Company.

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »

Projektanci postawili sobie za cel stworzenie najbardziej energooszczędnego na świecie, superwysokiego budynku. Ostatecznie względy ekonomiczne i przepisy prawa lokalnego spowodowały modyfikacje pierwotnego projektu, po dokonaniu których nie osiągnął on jeszcze zerowego standardu energetycznego.

Mimo tego całokształt technologii wykorzystywanych w Pearl River Tower według wielu źródeł nadal stawia ten budynek na pierwszym miejscu, jeśli chodzi o najbardziej energooszczędne wolno stojące, superwysokie budynki na świecie. Przewidywana redukcja zapotrzebowania na energię w porównaniu z równoważnym budynkiem, bez tych technologii, wynosi 58% [4].

Przyjrzyjmy się zastosowanym w obiekcie technologiom.

Mikroturbiny

Typowe sieci energetyczne są wydajne na poziomie maksymalnie 30–35% w czasie przepływu od źródła (elektrowni) do budynku [4]. Miejscowa elektrociepłownia (złożona z nawet 50 mikroturbin) przeznaczona dla Pearl River Tower generowałaby energię ze sprawnością przekraczającą 80%, co znacznie zmniejsza produkcję gazów cieplarnianych.

Niestety, projekt budynku został zmieniony i mikroturbiny nie będą ostatecznie wykorzystywane. Stało się tak dlatego, że lokalne spółki użyteczności publicznej w Kantonie nie zgadzają się na podłączenie tych urządzeń do miejskiej sieci energetycznej. Bez możliwości sprzedaży nadwyżki energii nie ma finansowego uzasadnienia dla tak dużej inwestycji, bo nie zwróci się ona przez bardzo długi okres.

Mimo to z myślą o przyszłości zarezerwowano w projekcie piwnicy miejsce dla mikroturbin, aby zamontować je w późniejszym terminie, kiedy lokalna infrastruktura Kantonu zostanie udostępniona.

Fasady

Obudową zewnętrzną Pearl River Tower od strony północnej i południowej jest wentylowany od wewnątrz system ściany podwójnej składający się z podwójnie szklonego izolowanego zestawu szybowego (FOT. 7).

We wnęce znajduje się perforowana żaluzja pionowa, która ma 3 tryby pracy, w zależności od kąta padania promieni słonecznych [4]. Położenie żaluzji ustalane jest za pomocą fotokomórki, która śledzi pozycję słońca i jest podłączona do systemu zarządzania budynkiem (BMS).

Fasada na stronach wschodniej i zachodniej różni się od północnej i południowej – wykonana jest z potrójnie oszklonej szyby, która pomaga izolować wnętrze budynku.

Tak zintegrowany zespół fasad zapewnia wyjątkową wydajność cieplną przy wysokiej ich przezroczystości. Duża przenikalność wizualna umożliwia zwiększenia poboru światła dziennego, co pozwala na zmniejszenie ilości sztucznego oświetlenia oraz zachowanie rozległej widoczności nawet wtedy, gdy rolety są całkowicie zamknięte (dzięki ich perforacjom).

POBIERZ E-BOOK [bezpłatnie]
warunki techniczne
Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki
– stan na 2014 r.

Gdy promienie słoneczne oddziałują  na zewnętrzną podwójnie szkloną ścianę osłonową, niektóre korzyści zostają zmniejszone poprzez zastosowanie niskoemisyjnych powłok wprowadzonych w przestrzenie pomiędzy zewnętrznymi i wewnętrznymi warstwami oszklonymi.

Następnie perforowane żaluzje, ułożone pod odpowiednim kątem obniżają temperaturę wewnętrznej powierzchni fasady, a tym samym zapewniają komfort użytkowania.

Portale z turbinami wiatrowymi

Portale wiatrowe (4 otwory o wymiarach ok. 3×4 m [4]) dopuszczają przepływ powietrza przez budynek, dzięki czemu cieśnienie wiatru i siły działające na budynek są zmniejszone (RYS. 5, FOT. 8).

Fasady są ukształtowane tak, aby zoptymalizować przekazywanie energii wiatru, co maksymalizuje potencjał energetyki wiatrowej w tych miejscach (RYS. 6). Ważne jest też usytuowanie budynku – szersza strona budynku ustawiona jest bezpośrednio w kierunku dominujących w tych okolicach wiatrów, co również daje duże zyski energetyczne [3].

Sufit chłodzący i wentylacja podpodłogowa

Standardowe systemy wentylacji i klimatyzacji w strefach podzwrotnikowych, czyli środowiskach wymagających chłodzenia, opierają się głównie na obiegu zimnego powietrza, aż do osiągnięcia żądanej temperatury, co zapewnia odpowiedni komfort użytkowania pomieszczeń.

System proponowany w Pearl River Tower to połączenie sufitu chłodzącego, który pracuje równoległe z podpodłogowym systemem wentylacji rozprowadzającym powietrze. Ta kombinacja zapewnia poprawę komfortu użytkowania, a jednocześnie zmniejsza zapotrzebowanie na energię, konserwację, a także prowadzi do zmniejszenia kosztów, jak i zużycia materiałów.

Ogniwa fotowoltaiczne

Włączanie ogniw fotowoltaicznych w obiekt budowlany, w którym są one integralną częścią jego obudowy, a nie tylko elementem dodatkowym, nazywane jest zintegrowanym budowaniem fotowoltaicznym (BIPV) i jest coraz bardziej rozpowszechniane na świecie.

Na podstawie badań stwierdzono, że zastosowanie ogniw PV może być też wydajne, jeżeli są stosowane tylko na niektórych częściach powłoki budynku. Rozkład BIPV wynika bezpośrednio z optymalizacji efektywności energii słonecznej. W budynku Pearl River Tower ogniwa usytuowane są asymetrycznie na poziomie dachu w celu osiągnięcia jak najlepszych wyników.

Na RYS. 7 i FOT. 9 przedstawiono analizę promieniowania słonecznego na Pearl River Tower oraz rozkład ogniw na elewacji.

Warto zobaczyć: Ściany zewnętrzne w budynkach o obniżonym zapotrzebowaniu na energię

Warto dodać także, że system nie tylko zapewnia zasilanie dla budynku, lecz także działa jako ochrona przed słońcem części budynku najbardziej narażonej na negatywne skutki promieniowania słonecznego.

PODSUMOWANIE

Ekologiczne budownictwo wysokie niezaprzeczalnie ma przyszłość. Pojawia się jednak pytanie: czy się opłaca? By na nie odpowiedzieć, należy spojrzeć z dłuższej perspektywę na funkcjonowanie obiektu i na zyski dla środowiska naturalnego.

Pamiętajmy, że budowa ekologicznych budynków ma za zadanie redukcję emisji szkodliwych substancji, a także oszczędność surowców deficytowych (np. słodkiej wody czy energii).

Co mówią liczby? Wybudowanie Bahrain World Trade Center kosztowało 150 mln dolarów, a oszczędność energetyczna wynosi 1,3 GWh/rok, czyli co najmniej 15% całkowitej energii, którą ten budynek zużywa.

W przypadku Pearl River Tower mamy do czynienia z redukcją emisji CO2 do atmosfery o 5,5 mln ton rocznie oraz oszczędnością energii elektrycznej w wysokości 58%. Obiekt może być ponadto samowystarczalny pod względem pozostałej energii [4].

Według specjalistów koszty inwestycyjne Pearl River ­Tower przy pełnym zrealizowaniu wszystkich zamierzeń zwrócą się po niecałych pięciu latach. Na podstawie tych liczb należy stwierdzić, że taki kierunek działań oprócz tego, że chroni środowisko jest ekonomicznie uzasadniony.

LITERATURA

  1. T. Błaszczyński, B. Ksit, B. Dyzman, „Budownictwo zrównoważone z elementami certyfikacji energetycznej”, DWE, Wrocław 2012.
  2. S. Killa, R.F. Smith, „Harnessing Energy in Tall Buildings: Bahrain World Trade Center and Beyond”, CTBUH Technical Paper, CTBUH 8th World Congress, Dubai, 3–5 March 2008, pp. 144–150.
  3. Strona internetowa: www.iaacblog.com.
  4. R. Frechette, R. Gilchrist, „Towards Zero Energy: A case study of the Pearl River Tower”, CTBUH Technical Paper, CTBUH 8th World Congress, Dubai, 3–5 March 2008, pp. 252–261.
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 6/2014

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


Doszczelniając przegrodę od strony wewnętrznej budynku ograniczamy przenikanie pary wodnej do warstwy izolacyjnej, natomiast... ZOBACZ »



Tych fachowców najczęściej poszukują Polacy »

Szybki montaż stropu - jak to zrobić »

3/4 Polaków deklaruje, że potrzebuje fachowca do wykonania pracy w domu lub mieszkaniu. Najczęściej poszukiwanym jest...
czytaj dalej »

Oprócz znacznych oszczędności finansowych wynikających między innymi z braku dodatkowych ociepleń, możliwości prowadzenia w stropie instalacji, montażu stropu bez użycia dźwigów i... czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Szukasz wpustu balkonowego dobrej jakości?

Doskonałe rozwiązanie do izolacji dachów płaskich »

Wpust balkonowy prosty, skośny, ogrzewany, nieogrzewany... Dobierz odpowiedni czytaj dalej » Hydroizolacja dachów odbywa się przy pomocy wałków lub natryskowo - najlepszą w danym przypadku metodę dobiera się... czytaj dalej »

Ochroń wnętrze domu przed silnym słońcem » »


Markizy, żaluzje, pergole, rolety - które rozwiązanie sprawdzi się w Twoim przypadku? ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Akustyczne płyty ścienne i sufitowe »

Energooszczędne płyty warstwowe z izolacją z wełny mineralnej o unikalnych właściwościach przeciwpożarowych i strukturalnych...  czytaj dalej »


Jak zabepieczyć ocieplenie przed rwącym wiatrem?

Jak uzyskać pełne uprawnienia architektoniczne?

Siły działające na wybrany system ociepleń przenoszone są zarówno przez zaprawę klejową, jak i łączniki fasadowe. Dzięki...
czytaj dalej »

Zobacz, jak otrzymać uprawnienia do samodzielnego wykonywania zawodu architekta w Polsce i UE czytaj dalej »

Jak trwale zabezpieczyć budynki przed wodą?

Skutecznie zabezpiecz budowane konstrukcje przed pożarem »

Rozwijamy kreatywne rozwiązania dla osiągniecia pożądanego sukcesu nawet w przypadku specjalnych projektów czytaj dalej » Masywne elementy budowlane w starych obiektach często nie spełniają wymagań przeciwpożarowych określonych w obowiązujących przepisach. czytaj dalej »

Izolacje piwnic i garaży. Jakie rozwiązanie wybrać?


Bierzemy pod uwagę wszystkie czynniki takie jak np. wymagania techniczne obiektu, dzięki czemu jesteśmy w stanie dopasować idealną oszczędność energii do wskazanego pomieszczenia. ZOBACZ »



prof. dr hab. eur. inż. Tomasz Z. Błaszczyński
prof. dr hab. eur. inż. Tomasz Z. Błaszczyński
Ukończył Politechnikę Poznańską z wyróżnieniem. W 1989 r. otrzymał stopień dr. nauk technicznych, a w 2009 r. dr. hab. nauk technicznych w dziedzinie budownictwo. Od 2012 r. jest profesorem nadzwyc... więcej »
inż. Magdalena Waltrowska
inż. Magdalena Waltrowska
Ukończyła studia pierwszego stopnia na Politechnice Poznańskiej na Wydziale Budownictwa i Inżynierii Środowiska. Obecnie kontynuuje naukę na studiach drugiego stopnia. Interesuje się budownictwem ene... więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Triflex Polska Triflex Polska
Triflex zyskał na rynku europejskim pozycję lidera w zakresie opracowywania, kompleksowego doradztwa oraz zastosowania uszczelnień i powłok...
7/8/2019

Aktualny numer:

Izolacje 7/8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Wtórne hydroizolacje poziome
  • - Mocowanie elewacji wentylowanych
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.