Zielone domy
W eksperymentalnym projekcie miasta przyszłości, a konkretnie Wenecji, naukowiec z Uniwersytetu Greenwich, dr Rachel Armstrong, proponuje ratowanie tonącego miasta za pomocą programowalnej rafy.
Podłożem dla aglomeracji miałyby być mikroorganizmy budujące podobną do wapienia skałę, biobeton, wskutek naturalnego dla nich procesu ucieczki od światła. Inną tendencję w tworzeniu biodomów obrazuje projekt grupy architektów Terreform ONE z Nowego Jorku.
Chcieliby oni tworzyć mieszkalne struktury z hodowanych w laboratoriach, podobnych do skóry materiałów.
Podstawą byłyby komórki skóry świni, nakładane techniką druku 3D na szkielety z tworzywa. Tego typu projekty i koncepcje brzmią dość radykalnie i fantastycznie.
Realnie jednak, zanim ujrzymy bio-miasta przyszłości, powstawać będzice oraz więcej budowli podobnych do nowego, powstającego właśnie kampusu firmy Apple w Kalifornii.
Aż 80% terenu otaczającego kolisty gmach główny, przypominający pojazd UFO, będzie tu zagospodarowane jako park.
Na górze ma rosnąć 7 tys. drzew. Apple zatrudniła uniwersyteckich fachowców, aby obsadzić teren gatunkami charakterystycznymi dla tego obszaru. Kampus ma pozostawać w harmonii z okolicą również pod względem wysokości budowli. Wszystkie obiekty będą najwyżej czteropiętrowe.
Mimo że budynek główny ma dominować pod względem wielkości, nie będzie górować niczym wieżowiec. Kampus otrzyma zapasowe źródło zasilania. Według planu samego Steve’a Jobsa z czasem miałoby się ono stać głównym źródłem, gdyż Apple zamierza generować energię słoneczną, która będzie czystsza i tańsza niż ta z sieci, stanowiąca w projekcie jedynie wariant zapasowy.
Warto pamiętać, że "zielone" jest też mocno promowane przez współczesne władze i stanowione prawa. Od 19 marca 2015 r. we Francji obowiązują przepisy dotyczące pokrycia dachów. Dachy nowo wybudowanych nieruchomości komercyjnych muszą być teraz częściowo pokryte zielenią lub panelami słonecznymi.
Ma to pomagać w izolacji budynku, przekładając się na mniejsze koszty ogrzewania w zimie i ochładzania w lecie, zwiększenie różnorodności biologicznej, zmniejszenie problemu odpływu wód poprzez zatrzymywanie pewnej części wody deszczowej oraz walkę z hałasem.
Francja nie jest pierwszym krajem wprowadzającym politykę zielonych dachów. Takie działania podjęto już wcześniej w Kanadzie i w libańskim Bejrucie.
Żywe ściany i domy-szklarnie
Architekci próbują wprowadzić przyrodę ponownie do miast. Łączenie właściwości żywych organizmów z ludzką pomysłowością mogłoby zatrzeć granicę pomiędzy tym co naturalne, a tym co sztuczne, sprawiając, że nasze życie zmieni się na lepsze.
Pionierzy szukają sposobów na zburzenie ścian, którymi się odgrodziliśmy, i postawienie zamiast nich "żywych ścian", pokrytych glebą i roślinnością, oraz szklanych konstrukcji wypełnionych algami. Mogłyby służyć do przetwarzania gazów i wytwarzania energii.
Nawet najprostsze systemy biologiczne potrafią przecież absorbować wodę deszczową, utrzymywać życie w postaci zróżnicowanej, wyłapywać zanieczyszczenia i regulować temperaturę powietrza.
Żywe ściany lub wertykalne ogrody są w naszych miastach coraz częstszym widokiem.
Pionierzy tych rozwiązań, jak np. francuski botanik Patrick Blanc, z dbałością dobierają do nich gatunki roślin i rozsadzają je na metalowych szkieletach, poprzetykanych rurami doprowadzającymi wodę i nawozy.
Londyński Fundusz Czystego Powietrza stworzył system żywych ścian otaczających dzielnicę city. Jedna z nich, obok stacji metra Edgware Road, jednego z najbardziej zanieczyszczonych miejsc, była monitorowana przez naukowców z londyńskiego Imperial College.
Największą na świecie żywą ścianą pozostaje ogród wertykalny w Ocean Financial Centre, w Singapurze (1). Ma 2125 m2 powierzchni. Rośnie w nim 50 tys. roślin. Rozciąga się wokół wielopiętrowego parkingu, redukując panującą w nim temperaturę i czyszcząc powietrze ze spalin.
W budynku BIQ w Hamburgu z kolei mikroskopijne algi umieszczone w szklanej elewacji izolują obiekt od światła i temperatury panującej w otoczeniu. W miarę rozmnażania są zbierane i fermentowane, wytwarzając biogaz na potrzeby budynku (2).
Szwedzka firma Plantagon, specjalizująca się w rolnictwie miejskim, wraz z władzami miasta Linköping, buduje futurystyczny "inspekt", zamknięty w formie szklanej sfery (3), w którym, w wydzielonych skrzynkach, produkowana ma być żywność dla tysięcy ludzi.
Uprawy dojrzewać będą na spiralnym pasie transportującym, od szczytu struktury aż do samego dołu. Gdy osiągną najniższą kondygnację, w pełni dojrzałe będą zbierane przez maszynę.
Budynek zaprojektowano tak, aby produkować żywność tam, gdzie jest najbardziej potrzebna, z wykorzystaniem nadwyżek ciepła, CO2 i odpadów. Projekt o nazwie Microbial Home, stworzony przez firmę Philips, zakłada, że całość odpadów - ścieki, śmieci i zużyta woda - będzie filtrowana, przetwarzana i wykorzystywana przez rośliny oraz drobnoustroje.
Koncept zakłada m.in. wykorzystanie bakterii bioluminescencyjnych, które karmione odpadami mają wytwarzać nastrojowe światło, oraz blat kuchenny, w którym bakterie przetwarzać będą resztki jedzenia na metan - paliwo.
Domy w naturze
1. Odzysk wody w systemie Ecoplay. Zasada działania układu to wykorzystanie wody po kąpieli i prysznicu lub ze zmywarek w spłuczkach toaletowych, po dodaniu chloru. Oszczędności w zużyciu wody w gospodarstwie domowym sięgają tu 30%.
2. Kontrola ogrzewania i nagrzewania wody za pomocą aplikacji mobilnych. Smartfonowe apki pozwalają na zdalne i wygodne programowanie pracy systemów CO i ciepłej wody.
3. Oświetlenie LED. Lampy tego rodzaju mają wielokrotnie dłuższy czas pracy i zużywają znacznie mniej energii niż tradycyjne żarówki.
4. Niskoemisyjne pokrycia szyb e-glass. Rozwiązanie, z angielska zwane low emissivity glass (lub low e-glass), polega na pokrywaniu szyb specjalnymi mikropowłokami, które odbijają ciepło. W zimie zapobiegają jego ucieczce na zewnątrz, w lecie odbijają ciepło z zewnątrz.
5. Kolektory słoneczne. Są znacznie tańsze niż krzemowe panele solarne i ogrzewają wodę za pomocą darmowej energii.
6. Lodówki magnetokaloryczne. General Electric skonstruował lodówkę "magnetokaloryczną", urządzenie, które chłodzi i zamraża, wykorzystując zupełnie inne zasady fizyki niż tradycyjne chłodziarki - tzw. efekt magnetokaloryczny.
Czynnikiem przenoszącym ciepło ma być w nowym rodzaju obiegu roztwór wodny, który przepływa przez układ magnesów, odbierając energię cieplną i wyprowadzając ją na zewnątrz urządzenia. Sprzęt nowego typu ma być 20% oszczędniejszy energetycznie niż obecne lodówki.
7. Pralki prawie-bezwodne. Specjaliści z firmy Xeros opracowali pralkę, która prawie w ogóle nie potrzebuje wody - do prania, bo jednak w płukaniu jest niezbędna. Zamiast wody wykorzystuje się tu małe plastikowe kuleczki.
Działanie tego czynnika ma charakter mechaniczny. Hydrofobiczne kulki radzą sobie nawet z tłustymi plamami. Do cięższych przypadków przewidziano odmiany polimerowego groszku zdolnego do absorpcji tłuszczów.
Istniejąca już na niemal sto procent mieszkalna konstrukcja eko to dom BioCasa_82 (4), wzniesiony w okolicy Treviso na podstawie projektu Rosaria Picciotto i firmy Welldom. Superekologiczna rezydencja zbudowana została w 99% z materiałów nadających się do recyklingu i jest w 100% zasilana przez odnawialne źródła energii.
Stworzony na potrzeby prywatne dom pobiera energię z wydajnych fotowoltaicznych paneli słonecznych oraz instalacji geotermalnej, która zapewnia ciepłą wodę, ogrzewanie i chłodzenie. BioCasa_82 wyposażono również w system zbierania wody deszczowej.
Jak się oblicza, obiekt wytwarza o 60% mniej gazów cieplarnianych niż przeciętna rezydencja tego rodzaju. Jego budowa odbywała się wg reguł maksymalnej dbałości o środowisko.
Materiały wykorzystane w konstrukcji w 99% nadają się do prostego recyklingu i pochodzą ze źródeł lokalnych, co oznacza, że nie trzeba było ich transportować na duże odległości.
W Berlinie, w dzielnicy Zehlendorf, wiosną tego roku powstał interesujący projekt domów na drzewie - Urban Treehouse (5). Został pomyślany jako eksperyment i zarazem projekt badawczy dla nowego typu budownictwa i mieszkalnictwa zgodnego z naturą.
Dzielnica znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie pięknych jezior Krumme Lanke i Schlachtensee, granicząc z lasem.
Zadaniem domów na drzewie było wykorzystanie stosunkowo niewielkiej ilości dostępnego gruntu pod zabudowę. W efekcie powstały dwie sześcienne bryły, każda licząca po 21 m² powierzchni użytkowej.
Oba budynki wznoszą się na czterometrowej podstawie i są wyposażone w zakrytą zewnętrzną powierzchnię o jednakowej wysokości oraz dolny taras na wysokości 2,6 m.
Instalacja budynku, obwody zasilania i miejsca do przechowywania narzędzi ogrodowych oraz odpadów znajdują się w bazie, która jest wyłożona listwami modrzewiowymi. Wnętrze zawiera łazienkę z prysznicem, świetliste wnętrza z aneksem kuchennym i łóżko, a także akcesoria domowe.
Panele ścienne i sufitowe z drewna świerkowego zostały pozostawione w ich naturalnym stanie. Inna ciekawa koncepcja to pływające wille, będące częścią większego projektu "The World", czyli sztucznych wysp nieopodal Dubaju.
Projekt Floating Seahorse (6) zakłada wybudowanie rafy koralowej, w której będzie mogło żyć wiele gatunków podwodnych żyjątek, w tym i koniki morskie, od których całe przedsięwzięcie wzięło nazwę.
Zatem w jednym miejscu powracamy do lasu, w innym - do morza. Do końca roku 2016 firma Kleindienst Group odda do użytku 42 wille, które w gruncie rzeczy będą statkami.
Wykupiono już 35 z 42 obiektów. Jeszcze chyba bardziej radykalnym ekologicznym konceptem są Ecocapsule (7).
Małe, zaprojektowane przez słowackich architektów owalne domki, przeznaczone są dla ludzi, którzy chcieliby żyć na łonie natury, nie degradując jej. Na dachu kapsuły mieszkalnej znajduje się 600-watowe ogniwo słoneczne, którego zadaniem jest zbieranie energii.
Dodatkowo w domku wbudowane są turbiny wiatrowe o mocy 750 W. Struktura domku pozwala na zbieranie deszczówki, poprzez ustawianie wokół niego zbiorników na wodę. W środku znajdują się specjalne filtry, których zadaniem jest oczyszczanie wody deszczowej.
Domek jest zatem energooszczędny i samowystarczalny. Ecocapsule ma 4,45 m długości, 2,25 m szerokości i 2,56 m wysokości. To niewiele. Pomimo tak małej przestrzeni, każdy domek jest jednak w pełni przystosowany do dłuższego w nim pobytu.
W środku znalazła się "przestrzeń" na sypialnię, kuchnię, prysznic, toaletę i nawet trochę miejsca na rzeczy. Dla dwóch osób powinno wystarczyć. Waga całego domku wynosi ok. 680 kg, a kompaktowe rozmiary pozwalają na transport z użyciem przyczepy.
Domy, które nie szastają energią
Radykalne projekty są na razie głównie ciekawostkami. Rzeczywistość współczesnego budownictwa to nacisk na energooszczędność powstających obiektów, tak by spełniały najwyższe wymagania zarówno pod kątem oszczędności, jak i eksploatacji.
Chodzi tu niejako o podwójne "eko" - ekologię i ekonomię. Budynki superenergooszczędne, zwane też pasywnymi, charakteryzują się zwartą bryłą, w której minimalizuje się ryzyko powstawania mostków termicznych, a tym samym strat ciepła.
Ma to znaczenie w odniesieniu do aspektu uzyskania najniższych parametrów dotyczących stosunku powierzchni przegród zewnętrznych, które liczone są łącznie z podłogą na gruncie, do całościowej kubatury, która ma być ogrzewana.
Do całej bryły należy dołączyć powierzchnie będące buforami ciepła, np. ogrody zimowe. Te skupiają odpowiednią ilość ciepła, oddając je jednocześnie przeciwległej ścianie budynku, która staje się nie tylko jego magazynem, ale także i naturalnym kaloryferem.
Zimą tego rodzaju buforowanie zabezpiecza budynek przed nadmiernym działaniem zimnego powietrza. Także wewnątrz stosuje się zasadę buforowego układu pomieszczeń - usytuowanie po stronie południowej pokoi, a po północnej pomieszczeń gospodarczych.
Podstawą wszystkich domów tego rodzaju jest odpowiedni, niskotemperaturowy system grzewczy. Stosuje się wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła, a więc z rekuperatorami, które wywiewając "zużyte" powietrze na zewnątrz, zatrzymują jego ciepło, by nagrzać nim nawiewane do budynku świeże powietrze.
Standardem jest też sięganie po systemy solarne, pozwalające na ogrzewanie wody energią słoneczną. Inwestorzy stawiający na pełne wykorzystanie dobrodziejstw natury stosują również pompy ciepła.
Latem, kiedy zależy nam na przyjemnym ochłodzeniu się w domowym zaciszu, zapewni nam to wentylacja nawiewno-wywiewna. W tym celu stosuje się gruntowy wymiennik ciepła, który wykorzystuje zasoby gleby do wstępnego wyrównania temperatury powietrza.
Wiele urządzeń do wentylacji jest wyposażonych w stuprocentowy tzw. bypass letni (8). Jego zadaniem jest przeprowadzanie powietrza zużytego obok wymiennika ciepła. W ten sposób zapobiega się temu, by schłodzone przez gruntowy wymiennik ciepła powietrze nawiewane w lecie, podgrzewane było przez ciepłe powietrze zużyte.
Systemy przewidują także sieci czujników, które dokonują pomiarów temperatury zewnętrznej i wewnętrznej. Na podstawie zmian temperatury centrala rozpoznaje, czy chodzi o dzień letni. Gdy tylko zaprogramowane parametry zostaną przekroczone, obwód bypassu zostaje zamknięty w trybie automatycznym.
Jednym z głównych zadań, jakie muszą spełnić wszystkie materiały, jest zapewnienie jak najlepszej termoizolacji. Stąd też stosuje się wyłącznie ciepłe przegrody zewnętrzne, które pozwolą by: dach, ściany oraz podłogi przy gruncie cechowały się współczynnikiem ciepła nieprzekraczającym U = 0,16-0,20 W/(m²·K).
Ściany zewnętrzne muszą być co najmniej dwuwarstwowe, chociaż chcąc osiągnąć najlepsze wyniki, lepiej zastosować system trójwarstwowy. Inwestuje się też w okna najwyższej jakości, o trzech szybach oraz odpowiednio szerokich i zabezpieczonych termicznie profilach.
Duże okna to domena strony południowej budynku, na północnej umieszcza się je wyłącznie punktowo i w najmniejszych rozmiarach.
Technologia domów pasywnych stale się rozwija, a najlepiej świadczy o tym nowy projekt E+ Green Home (9), zaprojektowany przez pracownię architektoniczną Unsangdong Architects z Korei Płd.
Dachy przechodzą tam płynnie w zielone ściany. Bryła jest wielobarwna. Z płaszczyznami zielonych ogrodów na dachu sąsiadują panele solarne, okna połaciowe i drewniana okładzina.
Budynek uzyskał certyfikat przyznawany domom pasywnym przez Passivhaus Institut w Niemczech - co oznacza, że zużywa zaledwie ok. 10% energii, której potrzebuje przeciętny obiekt mieszkalny. E+ Green Home to kompleksowy projekt. Architekci pomyśleli o wprowadzeniu zieleni na dachy i ściany.
Połacie dachowe ukształtowano tak, by efektywnie zbierały wodę opadową. Oczyszczona deszczówka i inna woda o niższej czystości jest wykorzystywana do podlewania roślin. Według projektantów, w stosunkowo niewielkim budynku wykorzystano przeszło dziewięćdziesiąt "zielonych technologii".
Dom jest również naszpikowany nowoczesną elektroniką. Sieć 450 czujników składa się na rozbudowany system inteligentnego zarządzania obiektem. Bada on na bieżąco parametry środowiska, mierzy temperaturę, stężenie dwutlenku węgla w powietrzu i działanie wszystkich instalacji.
Nowe technologie oszczędzają
Nie tylko projekty pasywne, ale już sam rozwój nowoczesnych technologii pomaga oszczędzać energię, niosąc ulgę nie tylko portfelowi, ale również przyrodzie. Okazuje się, że amerykańskie gospodarstwa domowe zużywają dziś tyle energii elektrycznej, ile w 2001 r. Tak wynika z danych agencji rządowych.
Zdaniem ekspertów, jest to głównie zasługą oszczędności i wzrostu energetycznej wydajności urządzeń będących w domowym użyciu. Przeciętne zużycie energii przez, powszechne w USA, urządzenia klimatyzacyjne, spadło od 2001 r. o 20% - informuje Stowarzyszenie Producentów Sprzętu Domowego.
Zmniejszyła się energochłonność całego AGD, w tym telewizorów, których ciekłokrystaliczne lub LED-owe wyświetlacze zużywają nawet 80% energii mniej niż stary sprzęt. Według szacunków amerykańskiego Departamentu Energii, technologia LED pozwoli do 2027 r. zaoszczędzić w USA tyle energii, ile wyprodukowałyby 44 duże elektrownie.
LED-y i nowocześniejszy sprzęt domowy to dopiero początek oszczędności. Nowe technologie podsuwają szanse na każdym kroku. Np. okna w domu byłyby idealną lokalizacją dla ogniw słonecznych, gdyby nie to, że mają wnętrzom dostarczać również słonecznego światła.
Da się to jednak pogodzić - uważają badacze z Uniwersytetu Stanowego Michigan. Budują panele fotowoltaiczne całkowicie przezroczyste, które w najmniejszym stopniu nie będą ograniczać ilości światła przepuszczanego przez szybę.
Pomysł Amerykanów polega na tym, aby "czynnikiem roboczym" w nowego typu ogniwach były zakresy promieniowania elektromagnetycznego niewidzialne dla ludzi, czyli fale ultrafioletowe i podczerwone.
W stanie niezakłóconym przechodzą przez ogniwa zakresy fal światła widzialnego, sprawiając, że dla naszego oka nie ma żadnej różnicy pomiędzy panelem fotowoltaicznym a zwykłym oknem.
Naukowcom z Los Alamos National Laboratory, we współpracy z kolegami z włoskiego Università degli Studi di Milano-Bicocca, udało się stworzyć nowy rodzaj kropek kwantowych, które mogą zostać osadzone w przezroczystym polimerze.
Naukowcy zaobserwowali, że te kropki kwantowe mogą przechwytywać część promieni słonecznych i kierować je np. do paneli słonecznych umieszczonych po bokach polimeru. A gdyby domy nie tylko oszczędzały energię, ale też np. czyściły powietrze?
Badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside testowali dachówki nowego typu, które, jak twierdzą, potrafią w ciągu roku rozłożyć chemicznie taką samą ilość szkodliwych tlenków azotu w atmosferze, jaką emituje przeciętny samochód.
Inne wyliczenie mówi, że milion dachów pokrytych taką dachówką eliminuje z powietrza 21 mln ton tych związków dziennie. Kluczem do nowych pokryć dachowych jest domieszka dwutlenku tytanu, o którym piszemy w tym wydaniu MT także w innym artykule Tematu numeru.
Gdy naukowcy z Riverside do wnętrza "komory atmosferycznej" pompowali szkodliwe związki azotu i naświetlali dachówki promieniowaniem ultrafioletowych aktywującym dwutlenek tytanu, w różnych próbkach aktywne chemicznie pokrycie usuwało od 87 do 97% szkodliwych substancji dwutlenku tytanu.
Autorzy wynalazku rozważają obecnie "malowanie" tą substancją całych powierzchni budynków, ze ścianami i innymi elementami architektonicznymi.
