Zieleń w ekologicznym projektowaniu budynków i ich otoczenia

Osiedla czy domy ekologiczne często potocznie nazywa się „zielonymi”, traktując oba określenia równoznacznie. Termin „zielona” architektura zakorzenił się na tyle mocno, że funkcjonuje w literaturze przedmiotu² jako synonim architektury ekologicznej, przy czym akcentuje on postawy ukierunkowane bardziej na architekturę rodzimą niż na nowoczesny nurt eco-tech.

Ekologiczny aspekt wykorzystania zieleni jest wielowątkowy. Jego zarys można przedstawić w oparciu o ekologiczne znaczenie terenów zieleni w strukturach zurbanizowanych, tj. w znaczeniu: hydrologiczno-filtracyjnym, klimatotwórczym, biologicznym i higieniczno-filtracyjnym.
 

Polega na retencji wody, ochronie wód gruntowych i zapewnieniu wody dostępnej organizmom. Główne zalety to zdolność terenów zieleni do przepuszczania wody opadowej oraz filtracja zanieczyszczeń w niej zawartych.

Z myślą o wykorzystaniu tych walorów opracowano program Green City Clean Waters, wdrażany w Filadelfii. Głównym impulsem do zmian był znaczny stopień zanieczyszczenia lokalnych rzek i strumieni wodnych. Rozległe powierzchnie utwardzone miasta, pozbawione zieleni, stanowiły barierę, uniemożliwiającą przenikanie wody opadowej do gleby, a przestarzała infrastruktura kanalizacyjna (z mieszaniem ścieków komunalnych i opadowych) okazała się nie dość wydolna. W efekcie duża część miejskich ścieków trafiała do rzek i strumieni. Modernizacja dzielnic polegała na wprowadzeniu zieleni miejskiej w postaci szpalerów drzew i równomiernie rozmieszczonych powierzchni trawników w ciągach ulic i przed budynkami, nawierzchni przepuszczalnych oraz zieleni na dachach. Woda deszczowa zyskała kontakt z glebą, a duża jej część zaczęła podlegać odzyskowi (jako woda „szara”), a reszta trafiła do kanalizacji deszczowej (rys. 1)^{3, 4}.

 

Polega na obniżaniu temperatury powietrza, ochronie przeciwsłonecznej, zwiększaniu wilgotności powietrza, kształtowaniu jego korzystnej cyrkulacji w mieście oraz na ochronie przed wiatrem.

W skali urbanistycznej, znaczny udział zieleni może powodować rozczłonkowanie miejskiej wyspy ciepła oraz zmniejszenie jej siły oraz zasięgu oddziaływania⁵. W skali architektonicznej wpływa to na redukcję temperatury powietrza wewnętrznego. Zieleń „funkcjonuje” jako element wspomagania chłodzenia i wentylacji obiektu, więc często staje się składnikiem koncepcji tworzenia architektury energooszczędnej.

W projektowaniu budynków i ich otoczenia wykorzystanie zieleni z myślą o warunkach termicznych obejmuje tworzenie biotycznych ścian i dachów. Latem temperatura tradycyjnie pokrytego dachu może dochodzić nawet do 80°C, podczas gdy dachy biotyczne nagrzewają się do ok. 25°C⁶. Amplituda temperatury w ciągu całego roku w przypadku tych dachów wynosi 40-50°C, zaś bitumicznych (standardowych) aż 100°C³.

Oprócz tego wykorzystanie zieleni w aspekcie termicznym obejmuje redukcję terenów utwardzonych i tworzenie obszarów zieleni, zwłaszcza w nasłonecznionych strefach przyelewacyjnych – przy powierzchni pokrytej zielenią temperatura jest ok. 1 – 2,25°C niższa niż temperatura otoczenia. Różnice w nagrzewaniu się trawników i dróg asfaltowych sięgają 20°C. Wprowadzanie zieleni wysokiej powoduje wytworzenie stref zacienienia, w których temperatura jest o 2°C niższa w stosunku do przestrzeni niezacienionej⁶. Jako przykład może posłużyć tutaj projekt osiedla mieszkaniowego w Józefosławiu pod Warszawą, na którym powierzchnie biologicznie czynne, w tym zielone dachy, zajmują ok. 50% obszaru (rys. 2).

 

Ważne jest także sytuowanie zieleni od strony nawietrznej, gdy wiatr wykorzystuje się do naturalnego chłodzenia budynków. Wówczas powietrze przepływające nad powierzchnią biologicznie czynną wnika do budynku wstępnie schłodzone. Zjawisko to wykorzystuje się przy naturalnej wentylacji pomieszczeń, często ogrodów zimowych, bądź do wspomagania energooszczędnych urządzeń HVAC, np. gruntowych wymienników ciepła.

Nie bez znaczenia pozostaje umieszczanie zieleni w przestrzeni wewnętrznej, zwłaszcza w strukturach szklarniowych – tam chłód zapewnia bujna zieleń tropikalna, umieszczona w dobrze przewietrzanych, nasłonecznionych ogrodach zimowych (rys. 3).

 

W ekologicznym projektowaniu przeciwsłoneczna ochrona budynków znajduje odzwierciedlenie w sytuowaniu pojedynczych drzew liściastych lub ich pasmowych układów od strony nasłonecznionej, równolegle do elewacji. Korony drzew tworzą barierę dla przepływu promieni słonecznych do wnętrza latem, a brak ich listowia, zbieżny z okresem grzewczym, pozwala na pożądane pasywne zyski słoneczne.

Innym przykładem jest traktowanie zieleni w strefach elewacyjnych jako uzupełnienia lub alternatywy dla zewnętrznych elementów zacieniających (np. żaluzji). Badania zieleni w roli ochrony przeciwsłonecznej przeprowadzono na Uniwersytecie w Brighton w Wielkiej Brytanii⁷. Obserwacji poddano winobluszcz pięciolistkowy, który umieszczono od zewnątrz na stalowym ruszcie konstrukcyjnym na całej wysokości okien o ekspozycji południowo-zachodniej (rys. 4).

 

Jednym z przedmiotów badań były pomiary tzw. współczynnika zacienienia dynamicznego (dynamic shading coefficient), który ulega zmianie wraz z charakterystyką roślinności. Pomiary wykazały, że badana zieleń spełnia funkcję elementu zacieniającego od maja do października, a więc w okresach potencjalnych nadwyżek cieplnych, wynikających z nasłonecznienia, przy czym uzyskanie największej wartości wspomnianego współczynnika (ponad 0,5) zbiega się w czasie z najsilniejszą radiacją słoneczną, która przypada na miesiące letnie – lipiec i sierpień. Wartość współczynnika uwarunkowana jest: gęstością listowia rośliny zacieniającej, czasem wzrostu roślinności, przepuszczalnością promieniowania słonecznego listowia i jego poszczególnych warstw.

W przeprowadzonym doświadczeniu przepuszczalność promieniowania słonecznego listowia wyniosła 0,43-0,14 w zależności od liczby warstw (rys. 5).

  

Inną termiczną funkcją zieleni jest zwiększanie wilgotności powietrza. Zależy to od bujności pokrywy roślinnej, stopnia zacienienia i zaciszności terenu. Wysoką wilgotnością cechują się wysokie trawniki, ocienione i zaciszne. Na drugim biegunie znajdują się miejsca nasłonecznione o skąpej roślinności⁵.

W ekologicznym projektowaniu w naszym klimacie wykorzystanie zieleni do nawilżania powietrza idzie w parze z jego ochładzaniem. Latem tereny utwardzone i zabudowane powodują zarówno ogrzewanie, jak i osuszanie powietrza. A zatem wraz z ochładzaniem powietrza dąży się do jego nawilżania.

Ważna jest przy tym maksymalizacja powierzchni biologicznie czynnych (również od strony nasłonecznionej), zarówno w otoczeniu, jak i w obrębie przegród zewnętrznych budynku, przy czym drugi z wymienionych sposobów ma, co oczywiste, mniejszy zasięg oddziaływania.

Podobne funkcje latem spełnia roślinność wewnątrz budynku, choć 60-procentowy poziom wilgotności, uznawany za komfortowy, może zostać przekroczony wskutek umieszczania bujnej roślinności w niedostatecznie przewietrzanych pomieszczeniach. Znaczącą rolę zieleń odgrywa zimą, gdy powietrze wewnętrzne jest bardziej suche (w efekcie ogrzewania). Zmniejszenie wymiany powietrza wpływa na wzrost jego nawilżania, co w tym okresie jest zjawiskiem bezwzględnie pożądanym (rys. 6)⁸.

 

Dzięki wprowadzaniu zieleni można zmniejszać lub zwiększać prędkość wiatru, a także powodować zmianę jego kierunku. Największy wpływ na to mają przegrody równoległe do strony, z której wieje. W pasie między zielenią wysoką prędkość wiatru o kierunku równoległym może się zwiększyć o 120%⁵. Zjawisko to wykorzystuje się do przewietrzania przestrzeni między budynkami w okresach pożądanego zwiększenia cyrkulacji powietrza (głównie latem).

W tym celu zieleń formuje się w układy tworzące swoiste kanały wiatrowe. Nadaje się do tego roślinność wysoka w postaci szpalerów drzew ustawionych równolegle do przepływu wiatru, którego oddziaływanie uznawane jest za korzystne (wiatry letnie). Zieleń tworzy zgeometryzowany układ pasmowy, np. wzdłuż głównych arterii komunikacyjnych osiedla. Zagrożenie powstawania zbyt silnych (niekomfortowych) podmuchów wiatru niweluje się za pomocą pasm ażurowych, co zresztą jest typowe dla wszelkiego rodzaju alei i bulwarów.

Gęsta zieleń wysoka może pełnić również funkcję tzw. wiatrochronu naturalnego. Najlepiej sprawdza się on wtedy, gdy występuje w postaci otuliny, tworzącej rodzaj tarczy przed napływem zimnych, niepożądanych wiatrów (w okresie grzewczym). Najbardziej skuteczna otulina ma postać wielopasmowo i gęsto posadzonych drzew iglastych, gdyż osłabienie prędkości wiatru zależy od gęstości bariery. Zasięg waha się od 2 do 20 wysokości drzew tego pasa od strony nawietrznej i 60-krotnej wysokości od strony zawietrznej⁵. W podejściu ekologicznym nacisk kładziony jest na wykorzystanie istniejących już walorów przyrodniczych, np. przez sytuowanie osiedli w sąsiedztwie lasu, jak w koncepcji urbanistycznej miasta New Jersey⁸ oraz w Solar City Pichling w Linzu⁹. W obu tych rozwiązaniach, dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu zieleni, stworzono dogodne warunki zarówno dla przewietrzania letniego, jak i ochrony przed wiatrem w okresie zimowym.
 

Polega na kształtowaniu warunków życia organizmów żywych, a z punktu widzenia architektoniczno-urbanistycznego na kreowaniu bioróżnorodności w środowisku antropogenicznym. Aspekt biotyczny wykorzystania zieleni w ekologicznym projektowaniu budynków i ich otoczenia znajduje odbicie w dążeniu do jak najmniejszej ingerencji w zastany system przyrodniczy. Priorytetem jest zachowanie jak największej powierzchni terenów zieleni oraz, dzięki ich tworzeniu, regeneracja zdegradowanych obszarów. Kompensacja negatywnych efektów działalności człowieka względem środowiska naturalnego, a w niektórych przypadkach jego stymulacja (wprowadzanie nowych gatunków roślin, zalesianie terenów itp.), następuje przy zachowaniu zasady unikania wyspowych układów przestrzennych zieleni na rzecz układów ciągłych, umożliwiających samoregulację ekosystemów.

Przykład takiego podejścia stanowi osiedle Solar Siedlung we Freiburgu. Sąsiadujący las zintegrowano z nowo projektowaną zielenią osiedlową w jeden system przyrodniczy¹⁰. Podobne podejście, choć zrealizowane w całkowicie odmienny sposób, reprezentuje biurowiec Prefectural International Hall w japońskim mieście Fukuoka. Budynek powstał w zabudowie śródmiejskiej na obszarze centralnego parku miejskiego Tenjin(fot.).

Zadanie postawione przed projektantem polegało na pogodzeniu dwóch pozornie przeciwstawnych celów. Z jednej strony miał powstać budynek będący zyskowną inwestycją, maksymalnie wykorzystującą cenną, gęsto zabudowaną wokół działkę śródmiejską, a z drugiej oczekiwano przywrócenia walorów uszczuplonego w wyniku zabudowy parku miejskiego.

W efekcie opracowano koncepcję budynku o 15 kondygnacjach nadziemnych i czterech podziemnych. Obiektowi nadano od strony parku charakterystyczny tarasowy profil. Tarasy zaprojektowano w postaci ogrodów. Powstał więc swoisty wertykalny park, który stanowi kontynuację parku Tenjin, zarówno w sensie kompozycyjno-estetycznym, jak i użytkowym. Tarasy wypełnione 35 tys. roślin (wśród których występuje 76 gatunków) są dostępne również od zewnątrz za pomocą pomostów i schodów, a przy tym służą jako ogólnodostępna przestrzeń. Znajdują się w niej miejsca rekreacji i wypoczynku. Tarasy prowadzą aż na sam dach, z którego roztacza się atrakcyjna panorama miasta. Poza roślinnością wprowadzono kaskady wodne i fontanny¹¹.
 

Polega na zdolności szaty roślinnej i gleb do oczyszczania powietrza z zanieczyszczeń pyłowych i gazowych, na produkcji fitoncydów oraz przede wszystkim na natlenianiu powietrza atmosferycznego i asymilacji dwutlenku węgla.

W skali urbanistycznej (i mikrourbanistycznej) wykorzystanie walorów higieniczno-filtracyjnych zieleni przejawia się w projektowaniu grupowych układów roślinności wysokiej oraz trawników, głównie od strony źródeł zanieczyszczenia, np. arterii komunikacyjnych i terenów przemysłowych. Rozwinięte korony drzew pełnią funkcję filtra zanieczyszczeń gazowych i pyłowych, podczas gdy trawniki predestynowane są do drugiej z wymienionych ról⁵. Jednocześnie poprawa parametrów higienicznych powietrza atmosferycznego następuje dzięki absorpcji dwutlenku węgla oraz produkcji tlenu przez roślinność wysoką. Trzeba jednak zaznaczyć, że potrzeby przewyższają możliwości regeneracyjne roślin. Przykładowo do wchłonięcia CO₂ produkowanego przez jeden pojazd rocznie potrzeba ok. 200 drzew⁶. W mieście zużycie tlenu jest średnio 20-krotnie większe do jego produkcji⁵.

W skali architektonicznej opisane walory zieleni wykorzystuje się przez wprowadzanie biotycznych dachów i ścian, choć z uwagi na ograniczenia powierzchniowe oraz gatunkowe roślinności stosowanej w ich obrębie, ich znaczenie jest skromniejsze.

Funkcję higieniczno-filtracyjną może pełnić również zieleń wewnątrz budynków. W celu jej efektywnego wykorzystania sytuuje się ją w postaci zespołów (niekiedy bujnych grup roślinności tropikalnej) w pomieszczeniach, do których dociera dużo światła słonecznego. Są to oranżerie, przeszklone pasaże czy atria. Wskazane jest, by doboru roślinności dokonywać pod kątem jej zdolności do redukcji poszczególnych rodzajów zanieczyszczeń powietrza (tab. 1).

 

Tab. 1. Zdolność niektórych gatunków roślin do eliminacji trzech rodzajów zanieczyszczeń powietrza wewnętrznego⁸

 

Ważną rolę odgrywa też produkcja fitoncydów (olejków eterycznych), wydzielanych przez niektóre drzewa i krzewy (sosna świerk, jodła, mięta, lawenda). Związki te działają zabójczo na bakterie, niektóre grzyby, a nawet owady (ich mechanizm i zasięg działania nie został dotychczas w pełni poznany)⁵.
 

Przedstawiony problem skłania do refleksji nad znaczeniem zieleni w projektowaniu ekologicznym. Niewątpliwie jest ono wypadkową sposobu zastosowania jej w projekcie. Wydaje się, że potencjalnie największy potencjał wiąże się z projektowaniem zieleni w otoczeniu budynków, zarówno w skali urbanistycznej, jak i mikrourbanistycznej. Takie zastosowanie zieleni, w szerokim jej rozumieniu, może mieć przynieść korzyści w każdym omówionym aspekcie ekologicznym. Z kolei ocena roli zieleni w obrębie budynków wymaga wprowadzenia podziału na zieleń zewnętrzną i wewnętrzną. Zasadniczo w obu przypadkach należy uznać ją za mniejszą, natomiast w niektórych aspektach znaczącą (tab. 2).

 

Tab. 2 Ocena ekologicznej roli zieleni w zależności od sposobu jej zastosowania (opr. autora)

oznaczenia: +: znacząca +/– : dość znacząca, – : niewielka/brak

 

1. Chmielewski J.M.: Teoria urbanistyki w projektowaniu i planowaniu miast. Warszawa 2010.

2. Wines J.: Green Architecture. Köln 2000.

3. Zielonko-Jung K.: Architektura ekologiczna w mieście. Warszawa 2013.

4. www.phillywatersheds.org/what_were_doing/documents_and_data/cso_long_term_control_plan.

5. Lewińska J.: Klimat miasta. Instytut Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej w Krakowie. Kraków 2000.

6. Yeang K.: Eco-Design. A Manual for Ecological Design. John Wiley & Sons 2008.

7. Lam Hoi Yan M.: Thermal shading effect of climbing plants on glazed facades. Materiały konferencyjne Solar World Congress. Tokyo 2005.

8. Daniels K.: The Technology of Ecological Building. Basel-Boston-Berlin 1997.

9. Herzog T.: Solar Energy in Architecture and Urban Planning. Prestel, Munich, New York 1996.

10. Guzowski M.: Towards Zero Energy Architecture. London 2010.

11. Marchwiński J., Zielonko-Jung K.: Współczesna architektura proekologiczna. Warszawa 2012.