Solárna stratégia udržateľného mesta, časť 6: Príklady vygenerovaných štruktúr - elementárne diferencie v požiadavkách

Príklady vygenerovaných štruktúr - elementárne diferencie v požiadavkách

Cieľom je prezentovať čo najväčšie množstvo variácií orientácie objektov voči svetovým stranám, objemov ako aj pôdorysných schém a tiež dopad generovacieho algoritmu na ich hmotovo-priestorové stvárnenie za stanovených okrajových podmienok (v období 20. 3. až 22. 9. pre hodiny od 9.00 do 15.00). Predložené koncepty znázorňujú variovanie zadávaných požiadaviek – základné vygenerované objemy, ich redukcia z južnej strany rovinou pod uhlom 37° pre inštalovanie PV systémov a s posunutou referenčnou rovinou na úroveň napr. 2 metre nad terénom (pri súčasných zaužívaných výpočtoch denného osvetlenia; 3 m napr. pri bytových domoch (Ostredky, Ružinov), kde sú obytné podlažia zdvihnuté oproti úrovni terénu o pol podlažia a pod.). Tento parameter je variabilný a zadávaný užívateľom.

Koncepcia zástavby ako vstupný podklad na generovanie urbánnej štruktúry.

Vygenerovaná štruktúra podľa stanovených podmienok preslnenia.

Vygenerovaná štruktúra s redukovanými objemami (južne orientované plochy pod uhlom 37° na inštalovanie PV systémov).

Vygenerovaná štruktúra s redukovanými objemami (južne orientované plochy pod uhlom 37° na inštalovanie PV systémov) a zodvihnutou referenčnou rovinou.

Príklad vstupnej koncepcie zástavby (vľavo) a vygenerovaná štruktúra s redukovanými objemami (vpravo) (južne orientované plochy pod uhlom 37° na inštalovanie PV systémov) a zodvihnutou referenčnou rovinou.

Príklad vstupnej koncepcie zástavby (vľavo) a vygenerovaná štruktúra s redukovanými objemami (vpravo) (južne orientované plochy pod uhlom 37° na inštalovanie PV systémov) a zodvihnutou referenčnou rovinou.

Príklad vstupnej koncepcie zástavby (vľavo) a vygenerovaná štruktúra s redukovanými objemami (vpravo) (južne orientované plochy pod uhlom 37° na inštalovanie PV systémov) a zodvihnutou referenčnou rovinou.

Prípadová štruktúra 1

Výsledky navrhnutého algoritmu a analýza energetickej bilancie bola uskutočnená na troch prípadových štúdiách, ktoré sa svojou koncepciou snažia pokryť základné typy urbánnych štruktúr.

Prvá prípadová štúdia je charakterizovaná ako kompaktná, bloková zástavba, ktorej vstupný parameter – koncepcia uličnej siete a definovanie priestorov zastavanie je prezentovaný na dolnom obrázku. Rozmery celkovej plochy určenej pre navrhovanú štruktúru sú podobne, ako pri referenčnej štruktúre, stanovené na 200 x 200 m. Autorom voľne zadaná koncepcia urbanizmu bola importovaná do ďalej vytvoreného algoritmu. Hraničné intervaly pre mieru preslnenia štruktúry zostali totožné s predchádzajúcou referenčnou štúdiou a stanovenými okrajovými podmienkami – medzné hodinové hodnoty počas zvolených dní v roku: interval 9.00 až 15.00 pre jarnú a jesennú rovnodennosť (kritérium zamedzenia vzájomného tienenia objektmi v časovom rozmedzí od 20. marca do 22. septembra). Pre prípadovú štúdiu bolo vymedzené záujmové územie v tvare štvorca s výmerou 4 ha, teda 200 x 200 m. Z energetickej simulácie vyplýva, že energetický potenciál PV systémov inštalovaných na strešných rovinách je nižší ako energia potrebná na prevádzku urbánnej štruktúry. Celková spotreba 230,7 kWh/m2/rok ju zaraďuje do skupiny tzv. ultranízkoenergetických, samozrejme pri dodržaní stanovených podmienok (21 % účinnosť PV systémov a znížená priemerná spotreba elektrickej energie v domácnosti na úroveň 4 kWh/deň).

Prípadová štruktúra 1

Vstupná koncepcia voľných a zastavateľných plôch. Rozvrhnutie urbánneho priestoru ako východiskový parameter pre generovací proces vychádza z kompaktnej blokovej zástavby. V 2. prípadovej štúdii bola zachovaná kompaktnosť blokov (bez stanovených vnútroblokov, delenia na menšie stavebné jednotky) so zámerom preskúmať takýto spôsob zástavby. Z hľadiska tvarovania pozemkov a orientovania uličnej siete, koncepcia pripomína rastlý vývoj urbánneho priestoru. Vzhľadom na relatívne veľké dimenzie takto vznikajúcich objektov sa predpokladá ich funkčné využitie ako výrobné areály, nákupné centrá, či administratívny/vedecko-výskumný park, školský campus... Dimenzie objektov dovoľujú uvažovať s parciálnym umiestnením obytnej funkcie v solárne exponovaných polohách (čísla znázorňujú číslo skupiny objektov, pre ktorú bola kalkulovaná energetická bilancia).

Priestorové zobrazenie a ortogonálny pohľad zhora na vygenerovanú urbánnu štruktúru. Perforácie exteriérového plášťa vychádzajú zo stanovených podmienok: 30 % podiel na fasádach, 15 % podiel v strešných rovinách. Štruktúra je zobrazená pri najväčšej miere tienenia v deň zimného slnovratu.

Porovnanie ročnej energetickej bilancie vygenerovaných skupín objektov urbánnej štruktúry. Zmena hodnôt ročnej energetickej spotreby objektov na jednotku plochy pri predpokladanom znížení priemernej elektrickej spotreby domácnosti zo 6 kWh za deň na 4 kWh denne a pri započítaní energetických ziskov z PV systémov do zníženia spotreby energie budov (predpokladaná účinnosť systémov 15 % resp. 21 %).

Porovnanie vygenerovaných skupín objektov z hľadiska celkovej potreby energie pre urbánnu štruktúru. Energetický potenciál predloženého scenára spočíva v priemernej spotrebe elektrickej energie v domácnosti, stanovenej na 4 kWh/d/dw a na energetickom dotovaní urbánej štruktúry lokálne vyrobenou elektrickou energiou z inštalovaných fotovoltických systémov s účinnosťou 21 %. Z tabuľky vyplýva, že urbánna štruktúra spotrebuje 2viac ener gie, ako dokáže vyrobiť. Jej výsledná energetická bilancia je 30,7 kWh/m /rok. Hustota osídlenia dosahuje 717 obyvateľa/ha, čo predstavuje takmer dvojnásobok sociológmi odporúčanej hodnoty. Predpokladáme, že architektonizáciou objektov by sa táto hodnota výrazne znížila.

Simulácia preslnenia navrhovanej štruktúry pre 20. marec v časovom intervale 7.00 – 18.00. Objekty sú navrhnuté tak, aby si vzájomne netienili v stanovenom časovom intervale 9.00 až 15.00. Tienenie verejných priestorov bolo dovolené.

Možno predpokladať, že architektonizáciou stanovených „maximálnych možných stavebných objemov“ sa zmení celková energetická bilancia ako aj energetický potenciál štruktúry. Tieto varianty by bolo potrebné individuálne skúmať a optimalizovať. Predpokladáme, že v rámci procesu architektonizácie možno tiež zlepšiť mieru insolácie interiérov, čím sa zníži podlažná plocha a aj spotrebovaná energia.

Článok je výňatkom z publikácie Solárna stratégia udržateľného mesta.
Autori: Ing. arch. Ján Legény, PhD; Ing. arch. Peter Morgenstein, PhD.
Ústav ekologickej a experimentálnej architektúry Fakulta architektúry Slovenská technická univerzita Nám. slobody 19 813 45 Bratislava
Vydala Slovenská technická univerzita v Bratislave v Nakladateľstve STU. Bratislava, 2015
ISBN 978-80-227-4366-2 85-216-2015