University College London (UCL) zbadał ostatnio skuteczność różnych metod obniżania temperatury w mieście. Okazało się, że malowanie dachów budynków na biało lub powłokami odblaskowymi jest najskuteczniejszym sposobem obniżania temperatury w centrum miasta.
Kolejnym rozwiązaniem są klimatyzatory. Oprócz zużywania znacznych ilości energii, przyczyniają się one do podwyższenia temperatury na zewnątrz w centrum miasta. Jest to błędne koło: im więcej klimatyzatorów jest używanych, tym wyższa jest temperatura otoczenia, co zmusza te same klimatyzatory do cięższej pracy, aby utrzymać temperaturę wewnętrzną.
Biorąc pod uwagę, że rok 2023 miał wątpliwą reputację najgorętszego roku w historii, teraz jest dobry moment, aby zastanowić się nad rozwiązaniami architektonicznymi, które zmniejszają ciepło bez zużywania energii.
Tradycyjne rozwiązania architektoniczne służące pasywnemu chłodzeniu i wentylacji
Od tysięcy lat ludzie wykorzystują rozwiązania architektoniczne do chłodzenia swoich domów. Oto kilka przykładów z całego świata.
- Łapacz wiatru (znany jako bãdgir lub malqaf odpowiednio w Iranie i Egipcie) to trafne określenie wież z pionowymi listwami, które można spotkać w wielu krajach Bliskiego Wschodu. Przeważające wiatry wieją przez listwy, wyciągając ciepłe powietrze z wnętrza i chłodząc pomieszczenia.
- Rzymianie bardzo cenili piwnice, a bazylika San Clemente w Rzymie jest doskonałym przykładem tego, jak chłodne mogą być piwnice, nawet podczas upałów.
- Egipcjanie byli mistrzami pasywnych technik odparowywania, które wykorzystywali do chłodzenia budynków. Odkryli, że zawieszenie w oknach ekranu z namoczonych trzcin chłodzi powietrze wchodzące do pomieszczenia.
- Dziedzińce były kolejnym popularnym elementem architektury starożytnej, stosowanym w różnych regionach świata, który wykorzystywał cień i zieleń do tworzenia chłodnej przestrzeni.
- Małe, wpuszczone okna w połączeniu z grubymi ścianami zapewniały chłód we wnętrzach. Jednak rozwiązania te nie sprawdzają się w nowoczesnej architekturze, dlatego warto przyjrzeć się innym strategiom pasywnego chłodzenia, które pozwolą nam cieszyć się większym komfortem bez zużywania energii.
Strategie pasywnego chłodzenia w nowych budynkach
W miarę jak budynki dążą do bardziej energooszczędnego projektowania, istnieje kilka kluczowych pasywnych rozwiązań architektonicznych, które odgrywają istotną rolę w zapewnianiu ciepła zimą i redukcji ciepła latem bez konieczności stosowania energochłonnych urządzeń, takich jak klimatyzatory. Wśród dostępnych pasywnych strategii chłodzenia jedną z najbardziej skutecznych jest orientacja budynku.
Orientacja
Ruch słońca od przesilenia zimowego do letniego odgrywa istotną rolę w ogrzewaniu budynku.
Zimą budynki na półkuli północnej gromadzą ciepło przez otwory wychodzące na południe, przepuszczające światło słoneczne. Jednak w gorących miesiącach letnich ten sam budynek powinien chronić swoje wnętrze, ograniczając ilość promieni słonecznych dostających się do środka.
Aby zrobić to skutecznie, prostokątne domy z linią kalenicy biegnącą wschód-zachód będą bardziej wydajne, ponieważ maksymalizują ekspozycję południową. Chociaż nowoczesne diagramy generowane komputerowo zapewniają dokładne parametry projektowe, koncepcja ta ma swoje korzenie w starożytnych praktykach budowlanych, takich jak te stosowane w dynastii Ming w Chinach i ruinach Pueblo w Kolorado.
Wykorzystanie pomieszczeń jest ważnym elementem zwiększającym pozytywny wpływ orientacji na utrzymanie komfortowej temperatury w domu. Pomieszczenia często używane, takie jak kuchnia i salon, powinny znajdować się po południowej stronie domu, aby mogły być ogrzewane przez zimowe słońce. Natomiast garaże, pomieszczenia gospodarcze i inne rzadko używane pomieszczenia powinny znajdować się po stronie północnej, aby chronić dom przed zimowym wiatrem.
Izolacja
Latem chcemy, aby wnętrza naszych domów były chłodne, a największym zagrożeniem dla naszego komfortu jest dach, który odpowiada za około trzydzieści procent ciepła przedostającego się do wnętrz. Chociaż zainstalowanie skutecznej izolacji sufitu znacznie poprawi komfort w pomieszczeniach, bardziej bezpośrednim rozwiązaniem jest nałożenie powłoki odbijającej promieniowanie na dach, co omówiono w sekcji „Chłodne dachy” poniżej.
Niezależnie od tego, zawsze warto ocieplić budynek zgodnie z wymogami przepisów budowlanych obowiązujących w danym regionie. Ocieplenie ścian pomoże obniżyć temperaturę w domu latem, jednak jeśli masz wybierać tylko jedno miejsce do ocieplenia, ważniejsze jest ocieplenie dachu lub poddasza, ponieważ dach jest bardziej nasłoneczniony niż ściany.
Pasywna wentylacja chłodząca
Architektura pasywnego chłodzenia opiera się w dużej mierze na starożytnych projektach. Podstawową koncepcją jest wykorzystanie naturalnej właściwości gorącego powietrza, które unosi się do góry. W rezultacie budynki, które pozwalają powietrzu wchodzić na niższym poziomie i krążyć przed opuszczeniem przez wyższy otwór, korzystają z efektu chłodzenia, który zapewnia komfort człowiekowi od czasów starożytnych.
Kierunek i temperatura dominujących wiatrów to dodatkowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy ustalaniu prawidłowej orientacji budynku. Starożytni Egipcjanie wykorzystywali swoją wiedzę o dominujących wiatrach do orientacji otworów w budynkach, aby wprowadzić do nich chłodne północne wiatry.
Chociaż szczegółowe informacje na temat wiatrów i ich średnich temperatur są dostępne w rządowych służbach meteorologicznych, normą jest, że zimne wiatry wieją z północy i zachodu. Natomiast cieplejsze wiatry pochodzą z południa w przypadku lokalizacji na półkuli północnej.
Techniki pasywnego chłodzenia istniejących budynków
Jeśli kiedykolwiek widziałeś turystów biegających po rozgrzanym letnim słońcem piasku na plaży, zrozumiesz koncepcję absorpcji ciepła. Dodaj do tego tradycyjne powierzchnie miejskie, takie jak asfaltowe i betonowe chodniki, a koncepcja „miejskiej wyspy ciepła” stanie się bardzo wyraźna.
Chłodne dachy
Wyprowadzka z miasta nie eliminuje efektu absorpcji ciepła. Podmiejskie asfaltowe drogi i utwardzone podjazdy doskonale podnoszą temperaturę, podobnie jak ciemny dach. Zmiana koloru dachu na biały lub odblaskowy obniży temperaturę otoczenia i pozwoli zaoszczędzić pieniądze, które wydalibyście na rachunki za energię.
W ostatnim badaniu przeprowadzonym przez UCL wykazano, że zastosowanie białej powłoki lub powłoki odbijającej światło na istniejących dachach jest bardziej skuteczne niż zielone dachy lub roślinność na poziomie gruntu w chłodzeniu budynków w centrum Londynu. W badaniu tym zastosowanie dachów odbijających światło lub białych dachów spowodowałoby obniżenie temperatury otoczenia o 1,5°C, podczas gdy zielone dachy spowodowałyby jedynie obniżenie temperatury o 0,5°C. Nieskuteczność zielonych dachów była dodatkowo ograniczona przez właściwości izolacyjne dachu, który zatrzymywał ciepło w budynkach przez całą noc.
Według The Green Business Lab, powłoka ochronna opracowana przez Purdue University obniża temperaturę dachu o osiem stopni. Zespół badawczy obliczył, że moc chłodnicza powłoki wynosi około dziesięciu kilowatów, co jest wartością zbliżoną do mocy konwencjonalnych klimatyzatorów.
Okna
Trudno jest zmienić położenie okien w istniejącym budynku, ale nie oznacza to, że nie można zwiększyć ich efektywności w utrzymywaniu niskiej temperatury.
Światło słoneczne wpadające przez okno wczesnym rankiem może wydawać się zaproszeniem do otwarcia zasłon, jednak nieuniknionym skutkiem będzie szybkie nagrzanie pomieszczenia do niekomfortowej temperatury.
Żaluzje i zasłony to oczywisty wybór, jeśli chodzi o ograniczenie nagrzewania pomieszczenia przez światło słoneczne, ale jeśli nie chcesz tracić widoku, rozwiązaniem może być zastosowanie folii okiennej, która odbija światło słoneczne, ale pozostaje przezroczysta. W moim biurze latem wcześnie rano świeci słońce i musiałem zasłaniać zasłony, aby utrzymać temperaturę na niskim poziomie, dopóki nie zamontowałem folii okiennej. Teraz zasłony pozostają otwarte, ponieważ folia doskonale odbija promienie słoneczne, a ja nadal mogę podziwiać delikatnie falujące morze.
Podczas gdy wentylacja krzyżowa skutecznie obniża temperaturę wewnątrz pomieszczeń, wentylacja kominowa tworzy drogę dla cieplejszego powietrza, które wydostaje się z budynku przez okna umieszczone wyżej lub czasami w dachu.
Pasywne chłodzenie z wykorzystaniem ogrodu
Wprowadzenie kilku zmian w ogrodzie może sprawić, że temperatura wewnątrz domu będzie bardziej komfortowa. Drzewa, zwłaszcza liściaste, są doskonałą sezonową zasłoną, która latem, kiedy potrzebujesz ograniczyć ilość światła słonecznego wpadającego przez okna, całkowicie zasłania okna.
Ważne jest, aby drzewa znajdowały się w odpowiedniej odległości od domu z dwóch powodów. Po pierwsze, drzewa dobrze ograniczają przepływ powietrza, które może być pożądane w domu. Po drugie, drzewa rosną z roku na rok, więc przed podjęciem decyzji o ich posadzeniu należy dobrze przemyśleć, jak będzie wyglądało w pełni dojrzałe drzewo.
Zimą, kiedy potrzebujesz trochę słońca, aby ogrzać wnętrze, drzewa liściaste chętnie zrzucają liście. Należy jednak wziąć pod uwagę szerokość pnia i gałęzi drzewa. Jeśli są zbyt szerokie, zacienienie, które się pojawi, wpłynie na ilość światła słonecznego wpadającego do domu.
Krzewy to kolejny atut w Twojej talii. Ponieważ są niższe, świetnie nadają się do blokowania słońca wczesnym rankiem i późnym popołudniem.
Rozważ dodanie konstrukcji kratowej, która zapewni naturalną osłonę i dodatkowe chłodzenie latem, a jeśli użyjesz pnączy, które tracą liście zimą, zyskasz podwójną korzyść.
Budynki wykorzystujące techniki pasywnego chłodzenia zapewniają znacznie więcej niż tylko zdrowe i komfortowe środowisko. Stosując starożytne techniki, możesz znacznie obniżyć koszty energii i pozytywnie wpłynąć na ogólny stan naszej planety.
