Aktywne fasady.pdf

Jerzy Michałek

Rys.1. Budynek biblioteki – widok z lotu ptaka

W zabytkowej części Ulm

wybudowano ostatnio nowy

gmach Miejskiej Biblioteki

Głównej (Rys.1). Początki

biblioteki miejskiej w Ulm

sięgają roku 1516. Z biegiem

wieków jej księgozbiór

nieustannie się powiększał.

W 1998 roku zawierał on

około 230 tys. woluminów.

Spośród nich ok. 45 tys.

tytułów wydanych jest przed

rokiem 1800, a ok. 22 tys.

ksiąg wydano do siedemnas-

tego wieku. Ze względu na

trudności lokalowe tylko ok.

20 tys. książek z tego księgo-

zbioru było łatwo dostępne

w czytelni. Reszta była skła-

dowana w magazynach.

Organizacyjnie, zbiór książek

naukowych był włączony do

archiwum miejskiego. W 1896

roku formalnie utworzono

miejską bibliotekę publiczną

w Ulm, a w 1968 włączono

do niej księgozbiór naukowy

będący dotąd w miejskim

archiwum. Jednak katalogi

i niektóre działy obsługi księ-

gozbioru naukowego były

w zupełnie innym miejscu niż

książki. Pełne zakończenie

reorganizacji miało miejsce

w 1998 roku. Od tego czasu

zasoby Biblioteki Głównej

wzrosły do ok. 310 tys. jedno-

stek obliczeniowych, z któ-

rych ok. 100 tys. jest łatwo

dostępne na półkach, a reszta

jest składowana w specjalnych

magazynach. Trudności

lokalowe spowodowały, że

władze miasta zadecydowały,

w połowie lat dziewięćdziesią-

tych, o budowie nowej siedziby

biblioteki w pobliżu zabytko-

wego ratusza. W tym celu

ogłoszono konkurs architek-

toniczny. Pomimo tego, że

konkurs wygrał projekt,

którego autorem jest Jürgen

Minkus z Kolonii, to jednak

zrealizowano inny projekt.

Jest to projekt, który zajął

3 miejsce. Jego autorem jest

prof. Gottfried Böhm z Kolonii.

decyzję Tę uzasadniono

zmianą koncepcji organiza-

cyjnej biblioteki miejskiej.

Opis budynku

Cz. 9

W rezultacie powstał

budynek, którego efektywna

powierzchnia użytkowa wynosi

3600 m 2 . Pozwoliła ona na

utworzenie czytelni (Rys.5),

na której na półkach, w za-

sięgu ręki mieści się 220 tys.

woluminów i jednostek biblio-

tecznych. Jest to miejsce do

jednoczesnej pracy dla 130

użytkowników, w tym 40 kom-

puterowych stanowisk robo-

czych do udostępniania

zbiorów multimedialnych.

Ponadto zrealizowano wydzie-

lenie działu młodzieżowego,

działu muzycznego, separa-

tek, miejsc spotkań i kawiarni.

Szklana piramida nowego

budynku biblioteki usytuowa-

na jest tuż obok zabytkowego

ratusza (Rys.8), na placu

będącym ulubionym miejscem

spotkań i imprez plenerowych.

Jej położenie z boku placu

umożliwiło wygospodarowanie

zacisznego miejsca, w którym

utworzono miniaturowy

Przykłady

Świat fasad

aluminiowych

Rys.2. Przekrój pionowy budynku biblioteki

Rys.3. Schemat szkieletu fasad na tle szkieletu nośnego budynku

amfiteatr (Rys.1, Rys.9), na

który prowadzi boczne wyjś-

cie z budynku. Można tu,

korzystając z dobrej pogody,

spotykać się, organizować

imprezy, czy po prostu

poczytać sobie na świeżym

powietrzu. Główne wejście

do biblioteki znajduje się od

strony dotychczasowego,

nadal jeszcze dużego placu.

W pobliżu nowego gmachu

znajduje się większość

najważniejszych instytucji

kulturalnych miasta. Nadal

wykorzystywane, dotychcza-

sowe siedziby biblioteki od-

ległe są od niego o 3 minuty

szybkiego marszu. Tuż za

grupą staromiejskich kamie-

niczek i murem obronnym

znajduje się brzeg Dunaju,

z chętnie wykorzystywanym

przez mieszkańców bulwarem

spacerowym.

Bryła budynku kontrastuje

swym szklanym opakowaniem

z otoczeniem, jednak w pew-

nym stopniu nawiązuje do

starych domów charakterys-

tycznych dla tego miasta.

Składa się ona z dwupiętro-

wej podstawy na planie kwa-

dratu. Każde kolejne piętro

(pierwsze i drugie) jest coraz

większym kwadratem, tworząc

okap nad niższym (Rys.4,

Rys.11). Jest to charakterys-

tyczny element zabytkowych

domów starego miasta. Na

trzecim piętrze bryła budynku

przechodzi w piramidę, która

z kolei nawiązuje do stromych

dachów sąsiednich kamienic.

W centralnej osi budynku

znajduje się klatka schodowa

ze schodami ewakuacyjnymi

spiralnie biegnącymi wokół

szybu windowego z dwiema

windami (Rys.5).

Wykorzystanie wnętrz jest

następujące:

kondygnacja „-2“:

urządzenia techniczne;

kondygnacja „-1“: introli-

gatornia, administracja,

miejsce spotkań, toaleta

centralna oraz wyjście

boczne do "amfiteatru";

parter: stanowisko zwrotu

książek, informacja;

1 piętro: Biblioteka

dziecięca, dział nowości,

dział naukowy;

2 piętro: dział przyrod-

niczo techniczny, dział

społeczny;

3 piętro: nauki humanis-

tyczne, sztuka, dział

muzyczny;

4 piętro: administracja;

5 piętro: czytelnia

– kawiarnia z galerią;

6 piętro: urządzenia

techniczne.

Budynek ma żelbetową

konstrukcję szkieletową

(Rys.3). Kolejne stropy pod-

parte są słupami rozmiesz-

czonymi z podziałką 6,6 m.

Pozwala to stosować regały

książkowe o dwóch podsta-

wowych długościach: 1,65

oraz 2,2 m. Podstawowe

kondygnacje mają otwarty

charakter i nie są podzielone

ścianami działowymi. Nie są

także oddzielone od central-

nej klatki schodowej. Trans-

parentny, otwarty charakter

architektury podkreśla też

przeźroczysta powłoka zew-

nętrzna. Stanowią ją ściany

i dach wykonane jako szkie-

letowa fasada aluminiowo

szklana. Przeszklenie przeź-

roczyste sięga od podłogi

do sufitu.

Jak widać z tego opisu,

budynek pod względem

przeciwpożarowym jest jedną

strefę ewakuacyjną. Bezpie-

czeństwo przeciwpożarowe

zwiększa automatyczny sys-

tem wykrywania pożaru

posiadający 120 czujników,

20 ręcznych skrzynek alar-

mowych i bezpośrednie

połączenie z jednostką straży

pożarnej.

Rys.4. Biblioteka nocą. Widoczne poszerzenia kolejnych pięter. W tle widoczna

wieża katedry w Ulm

Rys.5. Wnętrze biblioteki z centralną klatką schodową i szybami windowymi

Koncepcja zapewnienia

właściwego klimatu we

wnętrzu

dzięki czemu zmniejszone

jest przenikanie bezpoś-

redniego promieniowania

słonecznego;

Zastosowanie ruchomych

osłon przeciwsłonecznych

w postaci rozwijanych

i zwijanych elektrycznie

rolet tekstylnych;

Wysokie parametry izola-

cyjności cieplnej przeszk-

lenia i profili powłoki

wewnętrznej fasady

dwupowłokowej i poje-

dynczej fasady niższych

kondygnacji;

Podwyższona, w stosunku

do typowych rozwiązań,

Całkowicie przeszklona

osłona budynku wymagała

starannego przemyślenia

koncepcji zapewnienia kom-

fortu cieplnego w jego

wnętrzu przy jednoczesnym

zachowaniu rozsądnego

poziomu energii zużywanej

w tym celu. Wynika to z faktu,

że w upalne letnie dni przeni-

kające przez szyby tej osłony,

a zwłaszcza przez dach bez-

pośrednie promieniowanie

słoneczne powoduje nagrze-

wanie pomieszczeń a z kolei

zimą relatywnie wysoki współ-

czynnik przenikania ciepła

przeszklonych fasad w po-

równaniu ze ścianami nie-

przeźroczystymi jest powodem

dużych strat ciepła. W rezul-

tacie współpracy z Fraunhofer

Instytut für Bauphysik

(Instytut Fizyki Budowli

Fraunhofera) w Stuttgarcie,

przewidziano następujące

środki zapewnienia właści-

wego klimatu we wnętrzu

budynku:

Zastosowanie fasady

podwójnej na większej

części połaci dachowych

- to jest dla trzeciego,

czwartego i piątego piętra

(Rys.2);

Zastosowanie otwiera-

nych elektrycznie klap

sterujących przepływem

powietrza w przestrzeni

między powłokami fasady;

Zastosowanie na połaciach

dachowych szyb przeciw-

słonecznych z nadrukiem,

Rys.6. Koncepcja fasady dwupopwłokowej

izolacja cieplna nieprzeźro-

czystych fragmentów os-

łony (na wprost stropów);

Zastosowanie schładzania

nocnego, polegającego

na intensywnej wentylacji

wnętrza chłodniejszym,

nocnym powietrzem;

Zastosowanie centralnego

systemu wentylacji i schła-

dzania powietrza z oddzie-

lną regulacją dla każdej

strefy;

Zastosowanie cyfrowego

systemu zarządzania

budynkiem (BMS –

Building Management

System) opartego na

magistrali przesyłania

danych standardu EIB

(European Instalation Bus).

Cyfrowy system zarządzania

budynkiem

Taka skuteczność byłaby

niemożliwa bez stosowania

automatycznego sterowania

realizowanego przez cyfrowy

system sterowania budynkiem

(BMS). Algorytm sterowania

i odpowiedni dobór parame-

trów został dopracowany

w trakcie wstępnej eksploata-

cji budynku. Zakres zadań

realizowanych przez ten układ

obejmuje:

Sterowanie oświetleniem,

Sterowanie roletami

ochrony przeciwsłonecznej,

Sterowanie klapami aktyw-

nej fasady podwójnej,

Sterowanie systemem

wentylacji,

Sterowanie systemem

chłodzenia,

Pomiar i gromadzenie

danych potrzebnych do

sterowania (stan przełącz-

ników, czas ich zadziałania,

pomiar temperatur, pomiar

natężenia światła itp.),

Wizualizacja stanu układu,

Zdalne sterowanie.

Podwójna fasada połaci

dachowych wykorzystuje

obrzeża pięter i tak nieużyte-

czne ze względu na zbyt małą

wysokość pomiędzy podłogą,

a pochylonym dachem

(Rys.6, Rys.7). W powłoce

zewnętrznej zastosowano

pojedyncze przeciwsłoneczne

szyby laminowane o grubości

18 mm. W celu ochrony przed

nadmiernym promieniowaniem

słonecznym zastosowano

szyby z powłoką refleksyjną

na pozycji nr 1 i z nadrukiem.

Nadruk zajmuje ok. 30%,

a szyby mają współczynnik

przepuszczania energii sło-

necznej g wynoszący 0,38.

W powłoce wewnętrznej zas-

tosowano szyby zespolone.

Przestrzeń międzypowłokowa

podzielona jest na poszcze-

gólne kondygnacje, z których

każda wentylowana jest od-

dzielnie powietrzem zewnętrz-

nym wpływającym poprzez

szerokie klapy odchylane na

zewnątrz. Klapy uchylane są

automatycznie, gdy tempera-

tura w przestrzeni między-

powłokowej wzrośnie nad-

miernie. Dodatkowo przed

promieniowaniem słonecz-

nym, w tym też przed zbyt

kontrastowym oświetleniem

i odblaskami, chronią stero-

wane elektrycznie rolety.

Zastosowanie tych środ-

ków zapewnia utrzymanie

w najgorętszym miejscu

wnętrza biblioteki temperatu-

ry nie wyższej niż 27°C, przy

zewnętrznej temperaturze

wynoszącej 36°C. Takie

skrajne warunki pogodowe

zdarzają się w Ulm przez

1,5 dnia w ciągu roku

statystycznie rzecz biorąc.

Rys.7. Widok przez fasadę dwupowłokową

System zarządzania bu-

dynkiem jest podłączony do

sterowni centralnej miejskiego

zarządu budynków. Istotnym

jego elementem są umiesz-

czone na każdym piętrze

biblioteki konsole wizualizacji

aktualnego stanu budynku.

Wyposażone są one w ciekło-

krystaliczne ekrany dotykowe

zapewniające, nie tylko zobra-

zowanie informacji o bieżącym

Rys.8. Biblioteka od strony dużego placu przez ratuszem; Z prawej widoczne naroże zabytkowego ratusza

Rys.9. Biblioteka od strony małego placu z „amfiteatrem“ (zagłębienie teatru po lewej stronie)

wymaga dobrego oświetlenia,

a jednocześnie nieuzasadnio-

ne palenie się oświetlenia

sztucznego jest powodem

strat energii zużytej bezpo-

średnio do oświetlania oraz

energii do schładzania powiet-

rza nagrzanego żarówkami.

Każde z pięter zatem podzie-

lono na 13 stref wyposażo-

nych w czujniki natężenia

oświetlenia. W każdej ze

stref natężenie oświetlenia

sztucznego jest sterowane

automatycznie, zależnie od

natężenia oświetlenia dzien-

nego. Ponadto oświetlenie

sztuczne może być wyłączane

lub ściemniane ręcznie za

pomocą wspomnianego

ekranu dotykowego konsoli

sterującej. Szacuje się, że

zastosowanie takiego auto-

matycznego sterowania

zmniejszyło o 50% zużycie

energii elektrycznej potrzebnej

do oświetlenia, dzięki lepsze-

mu wykorzystaniu oświetlenia

dziennego.

Jak powiedziano wcześ-

niej, BMS ma swój udział

w sterowaniu fasadę dwupo-

włokową na piętrach od 3

do 6. Ma ona klapy sterujące

przepływem (wlotem i wylo-

tem) powietrza przez przest-

rzeń międzypowłokową. Klapy

napędzane są 176 siłownika-

mi elektrycznymi. Mogą one

być sterowane ręcznie za

pomocą wspominanego już

ekranu dotykowego konsoli

sterowania lub automaty-

cznie. Algorytm sterowania

uwzględnia:

Temperaturę zewnętrzna,

Temperaturę powietrza

w przestrzeni międzypo-

włokowej,

Wilgotność względną,

Deszcz,

Prędkość wiatru.

Ograniczenie przepływu

powietrza w przestrzeni

międzypowłokowej jest

potrzebne, gdy chcemy

wykorzystać energię promie-

niowania słonecznego do

zmniejszenia zużycia energii

potrzebnej do ogrzewania

budynku. Wtedy fasada

dwupowłokowa działa jak

cieplarnia. Ma to miejsce

w okresach przejściowych

(wiosna, jesień) oraz zimą.

Realizuje się je poprzez zamy-

kanie klap. W algorytmie stero-

wania klapami zatem uwzglę-

dniony jest sygnał z układu

pomiarowo regulacyjnego sys-

temu klimatyzacji i ogrzewania:

stanie, ale także ręczne ste-

rowanie następującymi ele-

mentami na danej kondygnacji:

Oświetleniem,

Roletami

przeciwsłonecznymi,

Klapami wentylacji

przestrzeni międzypowło-

kowej fasady podwójnej,

Parametrami sterowania,

Wyświetlaniem parametrów

mierzonych przez układ

(natężenie oświetlenia,

temperatura zewnętrzna/

wewnętrzna, wilgotność,

położenie rolet i położe-

nie klap fasadowych)

Konsole na poszczegól-

nych kondygnacjach połączo-

ne są z centralnym kompute-

rem sterującym, umieszczo-

nym w podziemiach biblioteki.

Synchronizuje on współdzia-

łanie wszystkich elementów

wpływających na klimat

w budynku.

Dużą uwagę poświęcono

roli BMS w sterowaniu oświet-

leniem budynku, bowiem

specyfika pracy w bibliotece

Rys.10. Przekrój poziomy przez fasadę powłoki zewnętrznej

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: