Solárna stratégia udržateľného mesta, časť 4: Nástroje regulácie a navrhovania / Metódy aplikácie solárneho princípu do tvorby urbanizmu

Vybrané časti knihy zverejňujeme na pokračovanie. Dnešný diel sa zaoberá metódami aplikácie solárneho princípu do tvorby urbanizmu.

Tvorbu urbanizmu (rozvrhnutie objektov a definovanie ich vzájomných vzťahov v špecifickej lokalite) determinujú viaceré aspekty. Kvalitné a zdravé prostredie pre život, ako základný východiskový bod by malo byť, okrem iného, reprezentované správne zvolenou „ľudskou mierkou“ s dobrou orientáciou v priestore, kvalitným preslnením interiérov objektov a verejných priestranstiev, ale aj ich estetickým zvládnutím, nakoľko takéto prostredie stimuluje psychiku a správanie sa obyvateľstva.

Historicky prvotnými charakteristickými atribútmi mesta sa stávajú: ohraničenie/vymedzenie priestoru, prostredníctvom mestských hradieb, v ktorých – intra muros sa odohrával spoločenský život; ten bol riadený silou zákona platného na jeho teritóriu, ktoré ustanovilo a prijalo spoločenstvo ľudí a ktorý určoval vzťahy medzi jednotlivcami a ich postavenie vzhľadom k obci – vzniká politické teleso.

Postupný vývoj spoločnosti si prirodzene vynútil zavádzanie nových zákonov, regulácií a reštrikcií v oblasti stavby miest a tvorby urbanizmu, implikujúcich problematiku stratifikácie „okupovaného“ priestoru. Regulácia výstavby miest a spôsobu zastavania pozemkov osciluje v závislosti od potrieb danej mestskej spoločnosti, či sily politického vplyvu. Spomeňme príklad Barcelony a jej „the Eixample“ (katalánsky výraz pre rozšírenie – ’extension‘), ktorý vypracoval Ildefonso Cerdá (1815 až 1876). Singularita tejto regulácie si okrem iného kládla za cieľ zlepšenie dopravy, cirkulácie vzduchu, preslnenia, či vizuálnej otvorenosti priestoru prostredníctvom oktagonálnych blokov. Eventuálne mesto Brazília (orig. Brasília) postavené ex nihilo – doslova z ničoho. Gnómický charakter tohto konceptu je potvrdený aj zapísaním do zoznamu Svetového dedičstva UNESCO (1987) ako jediného mesta postaveného v 20. storočí.

Najvyhrotenejší príklad regulácie (ako formy hyperregulácie), aj z pohľadu slnečného žiarenia, predstavuje azda New York. Základy urbanistickej štruktúry tohto mesta, takej akú ju poznáme dnes, siahajú do roku 1811, keď Simeon deWitt, Gouverneur Morris a John Rutheford predkladajú svoj návrh, ktorým narysovali mesto v dimenziách 13 x 156 blokov ohraničených 12 triedami (avenues) prebiehajúcimi zo severu na juh a 155 ulicami (streets) smerujúcich z východu na západ. Vzniká Manhattanská mriežka – „apoteóza roštu“.

Kardinálna zmena vo výstavbe, ako aj v celkovom výraze mesta (v menšej miere aj iných miest na svete), nastáva v druhej polovici 19. storočia s príchodom oceľovej rámovej konštrukcie a zavedením rentabilného/uplatniteľného výťahu do praxe. Nastupuje architektúra bezprecedentných foriem a výšok ako priestorové vytiahnutie – „extrudovanie“ pôdorysnej plochy pozemkov značných rozmerov.

Fragmentácia priestoru manhattanskou mriežkou „sa má spojiť niekde pod oblakmi“. Po počiatočných experimentoch s výškovou zástavbou, keď stavby pripomínali veže, označuje Rem Koolhaas za prvý mrakodrap šesťdesiat poschodovú budovu Woolworth Building (1913, architekt Cass Gilbert), a ako poznamenáva: „Monument 20. storočia je Automonument a jeho najčistejším výrazom je mrakodrap.“ Často ako výsledok multiplikácie typického podlažia, mrakodrap so sebou prináša doposiaľ pre mesto neznáme dôsledky.

Ulice pod budovami strádajú svetlo, čerstvý vzduch, nezvládajú nápor chodcov a dopravných prostriedkov spojených s nárastom a kumuláciou ľudí v nových objektoch. Spoločenský odpor proti výškovej výstavbe narastá až so vznikom Equitable Building (1915), štyridsaťdva podlažnej budovy dovtedy nevídaných rozmerov kompaktného tvaru, ktorá vrhala tieň o ploche 7 akrov. Tento mrakodrap na Lower Broadway bol koncipovaný s cieľom maximálne využiť drahý pozemok a predstavoval v tej dobe najväčší objekt na svete, čo sa týka celkovej podlažnej plochy. Developeri/maximalisti začínajú hrať prím.

Strach z nehostinného, „neľudského“ prostredia a absencie slnečných lúčov pod mrakodrapmi vyústil v roku 1916 neobvykle, do stavebnej normy – Zónového zákona pod názvom Zoning Law. Namiesto regulácie prostredníctvom presne determinovanej výšky budovy dochádza k rozdeleniu Manhattanu na tri pásma A, B, C (height districts) a k vytváraniu „zoning envelopes“ – hmotovo-priestorových štúdií maximálneho možného objemu pre daný pozemok. Je tu zjavná istá paralela s metódou slnečného obalu (solar envelope) Ralpha Knowlesa. Zónový zákon nastavil limity na stavbu v rámci blokov, no determinuje aj funkčné využitie parcely, jej zastavanosť, ako aj hmotové rozloženie/stvárnenie objektu. Zóny vedľa seba majú definované rôzne využitie (bývanie, obchod, prípadne presne nestanovená funkcia), v dôsledku čoho má územné plánovanie v praxi za následok vytváranie rozdielov vo formách a funkciách mesta.

Hlavným činiteľom pri vytváraní originálnych „hmotovoarchitektonických obálok“ špecifických vďaka stupňovitému / odskakovanému tvaru (Set-back Buildings) sa stáva šírka ulice. Najrozšírenejším pomerom pre setback – odskok bola hodnota 1½, následne 2, 2½. Výsledkom bolo, že pri hodnote 1½ a šírke ulice 100 stôp (feet), musela budova po 150 stopách výšky odskočiť/ustúpiť (set-back) za priamku vychádzajúcu zo stredu ulice pod stanoveným uhlom (obr. vpravo hore). 

Pri dosiahnutí 25 % svojej pôdorysnej plochy mohla potom hmota objektu pokračovať neobmedzene do akejkoľvek výšky. Tú limitovali len technologické a konštrukčné možnosti danej doby. Cieľom uskakovania hmoty bolo zabezpečenie penetrácie slnečných lúčov do dolného organizmu mesta a prísun čerstvého vzduchu, čo zabezpečoval samostatný zákon – Air Right. Takýto zákon bol zakotvený už v stredovekom Rímskom práve a vystihuje ho latinská formulácia: Cuius est solum, eius est usque ad caelum et ad inferos (Každý kto vlastní pôdu, je jeho od nebies až po peklo), ktorej autorstvo sa pripisuje Accursiusovi z obdobia 13. storočia.

Jednotnosť prístupu spôsobená Zónovým zákonom, aj napriek rozličnému hmotovo-architektonickému obalu každej parcely, prispieva a priori k unifikovanému výrazu jednotlivých výškových objektov na najbližších štyridsať rokov, ktorý symbolizuje americké slovné spojenie wedding cake. Objemný základ s odskokmi a štíhlou vežou týčiacou sa nahor – takto vyzeral model mrakodrapu na Manhattane po roku 1916. Zaujímavosťou je, že mesto New York City, navrhnuté na základe regulácie z roku 1916, by mohlo obývať až 55 miliónov ľudí, čo ďaleko prekračuje jeho reálne možnosti.

Hmotovú normatívnosť Zónového zákona analyzuje a presadzuje najmä architekt Hugh Ferriss prostredníctvom svojich ilustrácií z roku 1922, ktoré publikoval v roku 1929 vo svojej knihe The Metropolis of Tomorrow (Metropola zajtrajška). Najznámejšími sú The Four Stages (Štyri štádiá) alebo Evolution of the Set-back Building (Zrod uskakovanej budovy). „Je to dokonalý automatický pilot“, konštatuje Rem Koolhaas. Cieľ regulácie, okrem spomínaného lepšieho preslnenia ulíc, bolo stabilizovať majetkové hodnoty (najmä kvalitu obytných priestorov), zmierniť zápchy v uliciach (znížením koncentrácie ľudí na jednotku plochy), zvýšenie bezpečnosti v budovách, na uliciach, ale aj zlepšenie hygienických pomerov v meste a v interiéroch budov.

Ako všetko, aj zónový zákon mal svoje negatíva a rýchlo sa našli odporcovia tejto regulácie, ktorých tlak vyvrcholil v polovici dvadsiateho storočia. Ludwig Hilberseimer konštatuje: „Opakovanie blokov vyústilo do prílišnej uniformity. Každá naturálna/prírodná vec bola absolútne vylúčená: žiadny strom alebo trávnatá plocha nerozbíjala túto jednotvárnosť (...) Výsledkom bola nekropola, sterilná krajina asfaltu a cementu, neľudská v každom aspekte.“

Mesto New York reprezentuje špecifický príklad regulácie výstavby a aplikáciu princípu využívania slnečného žiarenia v organizme mesta. Výšková zástavba, typická pre toto mesto, vychádza z priestorových limitov ostrova Manhattan.

V súčasnosti, aj v dôsledku sťahovania obyvateľov do miest, je diskutovaná téma rozvoj mestských sídel. Rozvoľnenosť a s tým spojená otázka infraštruktúry boli témy diskutované aj na medzinárodnej konferencii z 18. apríla 2012, ktorú usporiadal Inštitút urbánneho rozvoja v spolupráci s brastislavským magistrátom. Rozloha Bratislavy – 380 km je len 2o 30 km menšia ako je rozloha Viedne, ktorá má však trojnásobne väčší počet obyvateľov. Jedno z riešení je rozvoj v horizontálnej rovine, no na úkor prírodnej krajiny, či naopak zahusťovanie a s tým úzko spätá výstavba do výšky. To druhé je laickou, ako aj určitou časťou odbornej verejnosti odmietaná. Príklad Manhattanu, aj keď predstavuje určitý extrém, môže ako fungujúci koncept byť inšpiratívny.

Zoning Law, ako jednoduchý geometrický model zabezpečenia prísunu slnečného žiarenia do dolnej štruktúry mesta, sa odzrkadľuje aj v energetickej bilancii stavieb. Na jednej strane je to zlepšenie preslnenia interiérov stavieb v dôsledku členitejšieho plášťa budovy, na druhej strane sa plocha tepelno-výmenného obalu stavby zväčšuje, a tým sa zvyšujú energetické straty. Z toho vyplýva, že zlepšenie hygienických pomerov sa premieta do zvýšenej spotreby energie na vykurovanie/chladenie, ktorá sa v súčasnosti do značnej miery vyrába z fosílnych palív. Preto je dôležité zvoliť optimálne riešenie už pri počiatočnom navrhovaní objektu, ktoré zabezpečí obidve požiadavky – preslnenie a optimálnu energetickú bilanciu stavby. Významnú úlohu zohrávajú architekti a stavební inžinieri, ktorých pozícia sa vzhľadom na sprísňujúcu sa legislatívu bude len upevňovať. V súčasnosti poznáme množstvo simulačných programov a princípov, ako analyzovať mieru preslnenia a „správanie“ sa budovy v priebehu roka z pohľadu energetických ziskov a strát. Už Gropius vo svojej práci Die Wohnformen: Flach- Mittel- oder Hochbau (1929) poukazoval na vzťah medzi veľkosťou zastavenej plochy, podlažnosťou objektov, zvolenou dĺžkou preslnenia a počtom rezidentov v lineárnej (riadkovej) zástavbe obytných stavieb. Na jeho poznatky neskôr nadviazali mnohí odborníci v danej oblasti.

Spomeňme niektoré spôsoby hodnotenia a overovania – tie najjednoduchšie, ktoré sú súčasť normy platnej na našom území, sú diagramy pohybu slnka po oblohe pre dolné a horné tienenie; slnečný obal (solar envelope) Ralpha Knowlesa; solárna pyramída (solar pyramid) od Losa a Pulitzer a; solárny objem (solar volume) Capeluta a Shaviva; hranice tienenia“ (iso-shadows contours) Krainera a Kristla; Mohli by sme pokračovať ďalšími osobami ako Wolfgang Höhl, či Schiler a Uen-Fang. Všetky tieto „konštrukčné“ metódy sú založené na rovnakej podstate nemenného pohybu slnka po oblohe, a preto výsledný solárny objem konštruovaný akokoľvek, by mal byť pre danú lokalitu a daný zvolený časový interval (pre stanovené podmienky) zhodný.

Diferencie sú badateľné v postupe konštruovania a variujú vzhľadom na rozličné možnosti uplatniteľnosti „solárneho práva“ v praxi.

Jeden z najznámejších odborníkov v oblasti tvarovania ako architektonických objektov, tak aj urbánnych štruktúr z hľadiska pohybu slnka po oblohe je Ralph Knowles. Už v publikácii Energy and Form: An Ecological Approach to Urban Growth z roku 1974 skúmal spôsoby, akými môžu byť navrhované budovy, sídelné útvary, ale aj celé regióny tak, aby ťažili z prírodných cyklov – a to predovšetkým z denného a sezónneho pohybu slnka po oblohe. Skúmal možnosti minimalizácie vstupov energie s cieľom zachovania potrebnej teploty vnútorného prostredia a ďalších jeho parametrov na žiadúcej stabilnej úrovni.

Významná je jeho metóda slnečného obalu. Slnečný obal ako „priestorový regulatív vymedzujúci maximálny stavebný objem na riešenom území, ktorý netieni okolie vo zvolenom časovom rozpätí,“ je podmienený priestorom a časom. Priestorové údaje sú: zemepisná šírka lokality, veľkosť a tvar pozemku, nad ktorým sa slnečný obal konštruuje, sklon pozemku – svahovitosť terénu (geomorfológia) a orientácia pozemku voči svetovým stranám. Medzi časové údaje patrí zvolený časový interval požadovaného preslnenia. Ten vyplýva z legislatívy alebo z požadovaného energetického scenára, ktorý je podmienený charakteristikou okolia (typom zástavby, jej funkčným využitím). Slnečný obal zabezpečuje prístup slnečného žiarenia k objektom v okolí daného posudzovaného miesta. Konštruuje sa prostredníctvom solárnej geometrie (azimut a výška slnka v danom čase) a má za následok obmedzenie veľkosti objektu na mieste výstavby, čím sa zabráni neprijateľnej miere tienenia nad hranicu susedného pozemku. Tieto hranice autor nazýva „shadow fences.“ Podľa Knowlesa: „slnečný obal poskytuje riešenie na rozvoj s nižšou mierou dopadu na okolie a otvára možnosti novej estetiky v ar chitektúre a urbanizme.“

„Základnou myšlienkou metódy slnečného obalu je poskytnúť architektom nomogram (grafické zobrazenie funkcie), ktorý im pomôže v rannom štádiu návrhu stavby definovať správny objem, tvar, umiestnenie a orientáciu stavby. Nomogram je založený na objektívnych kritériách pre danú lokalitu a zohľadňuje solárne právo alebo požadovaný solárny program. Tradične zaužívané projekčné metódy sú metódami posteriori (vyhodnocovacími). Naopak, metóda slnečného obalu je metódou apriori (generatívnou). Táto metóda dáva architektom odpoveď na otázku, ak o začať, ako správne zvoliť koncepciu návrhu.“

Slnečný obal predchádza samotnému tvorivému procesu a navrhovaný objekt nesmie presiahnuť stanovený maximálny objem.

Samotnú konštrukciu slnečného obalu bližšie nekonkretizujeme z dôvodu, že táto metóda je zaradená do vyučovacích osnov na FA STU, kde sa jej na Ústave ekologickej a experimentálnej architektúry venujú Keppl a Macháčová. Na túto tému bola vypracovaná dizertačná práca: MACHÁČOVÁ, K.: Príspevok solárnej architektúry k efektivite bývania. [Dizertačná práca]. Bratislava, FA STU 2011. 141 s.

Druhý príklad, ako možno postupovať a navrhovať rozloženie objektov na území z pohľadu slnečného žiarenia, nám predkladajú Kristl a Krainer z univerzity v Ljubljane. Ich tzv. „iso-shadow“ metóda pracuje s množstvom dopadajúceho slnečného žiarenia na horizontálnu plochu. „Iso-shadows“ (plochy s rovnakou hodnotou dopadajúceho slnečného žiarenia) „sú kvantifikované ako pomer dopadajúceho slnečného žiarenia na budovy alebo zemský povrch k slnečnému žiareniu dopadajúcemu na rovnakú nezatienenú plochu zemského povrchu vo zvolenom časo vom úseku (deň, mesiac, rok).“ Hranice vymedzujúce tieto plochy nazývajú –„iso-shadow contours“. Podľa množstva žiarenia sú rozdelené v krokoch po 10 %, od nula po sto percent (obr. hore). Vo svojej odbornej štúdii analyzovali možnosti orientácie objektov s dĺžkou 60 m, šírkami 12, 24 a 36 metrov s variáciami ich výšok 6 m (dve podlažia), 12 m (štyri podlažia) a 18 m (šesť podlaží).

Autori poznamenávajú, že redukcia energetickej spotreby v zimnom období je možná dvoma spôsobmi: znížením tepelných strát a zvýšením energetických pasívnych solárnych ziskov prostredníctvom insolácie. Redukcia tepelných strát môže byť dosiahnutá zväčšením traktu (šírky budovy) a zmenšením plochy tepelno – výmenného plášťa stavby. Zvýšenie pasívnych solárnych ziskov sa dosahuje optimálnou orientáciou voči svetovým stranám a mierou presklenia. Dôležitá je hlavne poloha objektov voči sebe a miera vzájomného tienenia. Štúdia sa zameriava na analýzu lokalizácie štyroch identických objektov na pozemku. Ich vzájomná pozícia vychádza zo stanoveného referenčného rámca – 80 % „iso-shadow contours“. Táto hodnota bola stanovená na základe predchádzajúcich simulácií; porovnanie 90 % a 80 % „iso-shadow contours“ preukázalo, že pri 90% hodnote potrebná plocha pozemku bola o 30 % až 40 % väčšia ako pri 80 % „iso-shadow contours“, zatiaľ čo doba preslnenia sa predĺžila len o 10 %.

Z pohľadu uplatniteľnosti v praxi, autori zvolili stanovenie ortogonálneho tvaru pozemku, ktorého plocha je v priemere o 35 % väčšia ako plocha vymedzená hraničnými polohami 80 % „iso-shadow contours“. Z výskumu okrem iného vyplýva, že pri nízkych objektoch (výška 6 m) je vhodná orientácia objektov S–J, keď sa dosahuje nízka miera zastavanosti a vysoká hustota obyvateľov. S narastajúcou výškou klesá vplyv orientácie. Pri objektoch vysokých 12 m, vzhľadom na ich šírku, je opäť optimálna orientácia S-J. Pri vyšších objektoch (výška 18 m) orientovaných S–J bola plocha pozemku približne o 35 % menšia ako pri orientácii SV–JZ a V–Z.

Týmto spôsobom možno rozmiestňovať dopredu určené stavebné objekty s definovanými požiadavkami preslnenia. Rôznymi orientáciami a zvolenými parametrami je možné vytvárať otvorenejšie alebo uzatvorenejšie urbánne priestory s rôznymi mikroklimatickými podmienkami na tom istom pozemku. Ako vidíme z uvedených príkladov, významným posunom v danej oblasti je dostupnosť počítačových softvérov, ktoré ako istú nadstavbu k modelovaniu architektonických hmôt pridávajú možnosti simulácie preslnenia a energetickej bilancie stavby. Na druhej strane, Kristl a Krainer si vytvorili vlastný počítačový program „Sence“.

Všetky spomínané metódy sú zamerané na znižovanie potrebnej plochy pre zastavanosť so zachovaním požadovanej insolácie, ako hlavného atribútu udržateľnej výstavby a rozvoja miest. Ich presadzovanie v architektonickej a urbanistickej praxi by sa malo stať základným cieľom a do budúcnosti by sa tieto princípy mali implementovať do legislatívy (pri schvaľovaní výstavby by stavebný úrad mal vyžadovať štúdiu optimálnej lokalizácie stavby na pozemku – minimalizovanie odstupových vzdialeností, a to hlavne z pohľadu následného rozvoja územia). Sú to práve regulačné mechanizmy, ktoré sú na jednej strane vnímané ako prekážky sťažujúce tvorivý proces, na strane druhej, mesto musí byť regulované, aby si zachovalo svoj mestský charakter a zabránilo sa jeho „vegetatívnemu“ rastu. Príkladom môže byť Urban sprawl (nem. Zersiedelung). Takéto rozlievanie sa mesta je charakterizované živelným, extenzívnym rozvojom obytných a komerčných objektov mimo kompaktnej zástavby mesta. Na záver môžeme konštatovať, že regulácia ako podrobovanie sa určitému poriadku, uvádzanie do žiadaného stavu, usmerňovanie (význam podľa Slovníka slovenského jazyka, Bratislava: Vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied 1959 – 1968) je z hľadiska výstavby a tvorby prostredia pre človeka vysoko organizovaná a precízne plánovaná séria právnych predpisov smerujúca k určitému cieľu, ako prostriedok na zlepšenie podmienok pre život, riešenie určitých problémov a ich možných sprievodných javov charakteristických pre spoločnosť.

Natíska sa otázka, či nie je vhodné zaviesť isté regulačné mechanizmy aj do sektoru spotreby fosílnych palív, či energie získavanej z obnoviteľných zdrojov. Regulácia predstavuje jeden z množstva aspektov na dosiahnutie cieľa, aj keď nie vždy sú doceňované jej dôsledky najmä v budúcom vývoji mesta.

Pre rozvoj miest v duchu solárneho urbanizmu je potrebné definovať ukazovatele usmerňujúce rozvoj solárne aktívnych plôch v štruktúre novej zástavby, resp. pri obnove jestvujúceho urbánneho fondu. Nato je najvhodnejšie stanoviť záväzné indikátory, rešpektované architektmi aj investormi podobného charakteru, ako napr. index podlažnej plochy či koeficient zastavanosti.

Pri energetickej certifikácii budov je uplatňovaný ukazovateľ faktor tvaru a jeho mnohé variácie (autori publikácie sa ním zaoberali v článku Mýtus faktora tvaru). Faktor tvaru však zďaleka neposkytuje presah do roviny urbanizmu a aj pri posudzovaní jednotlivých stavieb (najmä v súvislosti s uplatnením OZE) je jeho výpovedná hodnota v konečnom dôsledku malá, resp. žiadna. V súčasnosti u nás nepoznáme ukazovatele, ktoré by záväzne predpisovali mieru uplatnenia aktívnych solárnych systémov v štruktúre mesta. V bibliografických a elektronických prameňoch možno stretnúť sa s viacerými pokusmi definovať ukazovatele „solárnej kvality“ budov alebo urbanistických štruktúr.

Treberspurg v publikácii Neues Bauen mit der Sonne odkazuje na ukazovateľ Entwurfsgütezahl, definovaný W. Pokornym. Tento jednoduchý číselný ukazovateľ slúži na posúdenie stavebného telesa vzhľadom k pasívnemu využívaniu solárnej energie a je vyjadrený ako podiel plochy priemetu všetkých solárne aktívnych plôch (všetky plochy slúžiace na prijímanie slnečného žiarenia – okná, zasklené steny, zberače či kolektory) na pomyselnú exaktne južne orientovanú rovinu a plochy celkového povrchu obálky posudzovaného objektu. Ide teda o ukazovateľ, ktorý sa nevzťahuje priamo na energetickú stránku návrhu, ale opiera sa o rozsah a predpokladaný charakter posudzovaných plôch. Výsledná hodnota (pomer plôch) je bezrozmerným číslom, ktoré vychádza z premisy, že optimálnou orientáciou pre budovy v pasívnom energetickom štandarde je exaktne južná orientácia (zvislá rovina, ktorej normála smeruje južne). Takýto ukazovateľ, i keď jeho konštrukcia vychádza zo všeobecne platných zásad solárnej architektúry, nie je dostatočne výpovedný a jeho uplatnenie v urbanistickom kontexte by viedlo k preferovaniu štruktúr s južnou orientáciou hlavnej fasády. Urbanizmu takéhoto druhu by chýbali v súčasnosti požadované priestorové kvality a rozmanitosť.

Dagmar Everding vo svojej práci Solarer Städtebau: vom Pilotprojekt zum planerischen Leitbild definovala urbanistický ukazovateľ hodnotiaci typologické druhy, resp. štruktúry na základe ich solárne aktivovaných plôch – tzv. Solare Gütezahl (obr. dole). Tento ukazovateľ je, podobne ako vyššie spomínaný Entwurfsgütezahl bezrozmernou hodnotou vyjadrujúcou podiel sumáru solárne aktívnych plôch (aktívne prvky: slnečné kolektory a fotovoltika) k úžitkovej ploche príslušnej stavby. Solare Gütezahl môže byť vyjadrený alternatívne k zastavanej ploche príslušného územia. Možno ho vztiahnuť rovnako na plochu strešnej roviny ako aj na plochu fasády. Autorka sa zasadzuje o presadenie tohto hodnotiaceho ukazovateľa do praktickej roviny urbanistickej regulácie a plánovania podobným spôsobom, ako sú bežne využívané iné urbanistické ukazovatele.

Softvérové nástroje, výslovne zamerané na komplexnú energetickú analýzu (resp. návrh) urbanistických celkov, v súčasnosti nie sú veľmi rozšírené. Do určitej miery ich dokážu suplovať softvérové programy primárne určené na ekologickú a energetickú analýzu individuálnych stavebných objektov (Autodesk Ecotect), resp. rôzne súčasti BIM softvérov (Building Infomation Modeling) ako ArchiCAD, Revit a pod.

Nekomerčným dojmom pôsobiaci softvér GOSOL je podľa dostupných údajov ojedinelý a relatívne komplexný program zameraný na solárne a energetické simulácie pre dimenziu urbanizmu. Prostredníctvom uvedeného programu možno vyhodnotiť a optimalizovať urbanistické návrhy z hľadiska energetickej náročnosti jednotlivých elementov a celku na základe trojdimenzionálneho modelu. Program zohľadňuje tiež vplyv vegetácie (vrátane sezónnej opadavosti lístia), topografie a vzájomného tienenia budov. Kalkuluje s energetickými stratami budov, s aktívnymi a pasívnymi solárnymi ziskami. Na základe výpočtov softvér poskytuje solárnu a energetickú certifikáciu posudzovaných území, solárnu kvalitu návrhu a poukazuje na potenciálne problematické miesta. Výstupom je široká paleta energetických a urbanistických ukazovateľov, ktorá je doplnená ich grafickým vyjadrením aplikovaným na dané územie. GOSOL bol vo svojej elementárnej podobe vyvinutý v Nemecku už v roku 1988, odkedy je kontinuálne vylepšovaný a rozširovaný o ďalšie sledované parametre. Šíriteľ a súčasne i tvorca softvéru je Peter Goretzki.

Na intenzívne nastúpenie na cestu udržateľného urbanizmu je nevyhnutné zabezpečiť kvalitné a zároveň jednoduché softvérové nástroje, ktoré by umožňovali optimalizáciu energetických a ekologických aspektov urbanistického návrhu paralelne s tvorbou hmotovo-priestorovej a funkčnoprevádzkovej kompozície – na spôsob BIM softvérov, no v urbanistickej dimenzii.
V súčasnej projekčnej praxi sa zvyčajne oddeľuje forma od „metabolizmu“ s cieľom zjednodušiť predbežný návrh vývoja. Do úvahy sa berie zvyčajne až pri stanovovaní jej energetickej bilancie. Napriek tomu, že forma a „metabolizmus“ sú závislé od rôznych premenných, sú neoddeliteľne prepojené. „Ak budúca energetická bilancia stavby nie je braná do úvahy pri stanovovaní formy, môžu byť náklady potreb[20]né na získanie tepelnej r ovnováhy omnoho vyššie.“

Vo vzťahu k mestám poznamenajme, že diferencie urbanistických štruktúr jednotlivých miest sú badateľné hlavne vzhľadom na ich zemepisnú šírku. Významnú úlohu v rozložení mestských štruktúr v priestore zohráva ich historický vývoj ako aj vplyv kultúry, zvyky, návyky a mentalita národov, či riešenie a preferencia určitého typu dopravy. Uličný profil (jednosmerná/obojsmerná doprava, integrácia električkovej trate, počet cestných pruhov...) markantne ovplyvňuje aj okolitý typ zástavby a jej výšku. Začlenenie zelene do mesta zasa ovplyvňuje insoláciu objektov a významne prispieva k regulácii mikroklímy mestského prostredia.

Urbanizmus miest okolia stredozemia je charakterizovaný úzkymi uličkami zabezpečujúcimi príjemnú klímu počas horúcich letných dní. Táto urbanistická forma sa odrazila na typickej forme dopravy (bicykle, skútre). Severské mestá sú naproti tomu rozvoľnenejšie. Slovensko je klimaticky niekde uprostred.

Harmonická väzba medzi človekom – architektúrou (predstavujúcou vytvorené prostredie) – prírodou determinuje optimálnu cestu. Základné princípy tohto spôsobu navrhovania stavieb – na základe maximalizácie využívania prírodných činiteľov (slnko, vietor) a prírodných daností lokality (terén, zeleň, ...) opísal Brown (a kol.) v publikácii s názvom Inside Out: Design Procedures for Passive Environmental Technologies. Hovoríme o „ekologickom algoritme“, ako o spôsobe koexistencie s prostredím a využití jeho daností v prospech navrhovaného objektu. Predkladáme základné aspekty ekologického algoritmu ako postupu navrhovania v závislosti od mierky riešenia.

V mierke lokality využíva navrhovaný objekt striedanie ročných období s cieľom vyhnúť sa najteplejším časovým úsekom počas dňa. Uplatňuje sa využívanie veterných prekážok (zeleň, umelé prekážky) na ochranu budov v zimnom období bez ich zatienenia, či rastlej zelene na tienenie objektu proti prehrievaniu počas horúcich období, a to najmä na východných a západných fasádach budov. Využívanie predochladzovania vzduchu tým, že vietor prechádza cez vlhký porast, cez zatienené plochy alebo cez vodné plochy lokalizované v okolí objektu, zabezpečuje sa tak prísun čerstvého vzduchu do interiéru stavby. Návrh by mal rešpektovať a využívať prúdenie vetra – vzduch je neustále v pohybe, zväčša v jednom smere (smer prevládajúcich vetrov) a prúdi z miest s vysokým tlakom do miest s nízkym tlakom, teplý vzduch stúpa, zatiaľ čo chladný vzduch klesá.

Osadenie objektov, ktoré sa uskutočňuje v mierke urbanizmu, by malo eliminovať prenikanie zimných vetrov do slnečných exteriérových priestranstiev (terasa, záhrada, výstup do exteriéru počas zimy). Nádvoriam, ktoré sú otvorené v noci počas leta, je potrebné poskytnúť možnosť letného chladenia prostredníctvom prirodzeného prevetrávania. Budovy je potrebné navrhovať tak, aby nebránili susedným pozemkom prístupu k slnečnému žiareniu (na vykurovanie a/alebo preslnenie) – tento prístup vystihuje už spomínané označenie „právo na slnko“.

V architektonickej mierke by zóny s väčšími vnútornými energetickými ziskami (teplo emitované el. zariadeniami, telesné teplo užívateľov...) mali byť situované na chladnejšie strany budovy. Priestory, ktoré znesú väčšie výkyvy teplôt, majú byť využívané ako ochranné pásma pre ostatné časti budovy (lokalizovanie na chladnejších, náveterných stranách objektu...). Cieľom by malo byť poskytnutie alternatívnych „chladných“ miest pre aktivity v najteplejších časoch dňa alebo počas najteplejších období (tienená terasa...). Využívanie otvorov na prirodzené vetranie, z čoho vyplýva udržanie priestranstiev medzi objektmi bez prekážok pre samovoľné prúdenie vzduchu (priečne prevetrávanie). Podľa Ralpha Knowlesa je veľmi užitočné vytvoriť analógiu medzi tým, ako organizmy a budovy reagujú na ich okolité tepelné prostredie. Na jeho slová reaguje Thomson, keď hovorí:  „Organizmy reagujú tromi spôsobmi – migráciou, telesným povrchom a svojím metabolizmom. Keď migrujú, prechádzajú z prostredia, ktoré je príliš studené alebo príliš horúce, do prostredia, ktoré im vyhovuje. Tento presun sa môže odohrávať sezónne alebo v priebehu jednotlivých dní. Pomer povrchu kože zvieraťa k telesnému objemu určuje jeho schopnosť odovzdávať prebytočné telesné teplo do prostredia. Typický príklad je slonie ucho a jeho veľká transmitujúca plocha, ktorá maximalizuje telesný povrch a zvyšuje tak schopnosť slona rýchlejšie regulovať telesnú teplotu. Metabolizmus sa vzťahuje na vnútorné chemické premeny energie jedla na teplo. Zvieratá s vysokou tepelnou stratou musia konzumovať veľké množstvo jedla potrebného na výrobu tepla na vyrovnanie ich tepelných strát.“ Tieto tri formy odozvy na vonkajšie prostredie majú svoje analógie v budovách. Migrácia v našom životnom prostredí sa berie ako samozrejmosť, podobne ako migrácia v prírodnom prostredí. Obyvatelia sa môžu pohybovať z jednej lokality do druhej, v rámci budovy, ale aj stavby môžu byť presunuté do inej teplotnej oblasti.

Stavebná forma – ktorá môže zahŕňať veľkosť, tvar, orientáciu, proporcie, objem, otvorenie, artikuláciu – môže byť transformovaná v závislosti od klimatických podmienok. Iglu ako kompaktná forma (guľový segment ako príklad najmenšieho obostavaného priestoru voči povrchu stavby) znižuje mieru tepelných strát objektu. „Metabolizmom“, teda palivami, ktoré tvoria trvalú súčasť stavby, sa snažíme zachovať tepelnú rovnováhu. Čím viac tepla produkujú ľudia, osvetlenie a zariadenia, ktoré sú súčasťou objektu, tým väčšia je potrebná miera chladenia.

Na energetický potenciál urbanizmu má zásadný vplyv aj orientácia uličnej siete voči svetovým stranám – tzv. španielsky raster (spanish grid) odklonil tradičný rímsky systém cardo a decumanus o 45°. Takáto pravouhlá uličná sieť je typická pre urbanizmus vznikajúci pod španielskym vplyvom – napr. Barcelona, Los Angeles. Napríklad Buenos Aires sa z tejto skupiny vymyká.

Redukciu nákladov pri užívaní stavby ako aj celých urbánnych štruktúr možno dosiahnuť ekologickým algoritmom ako ideálnym spôsobom koexistencie človeka a prírody. Ak vyčerpáme všetky možnosti, ktoré nám poskytuje príroda, aj prostredníctvom fyzikálnych zákonov, nastupuje „inteligencia“ človeka a výdobytky modernej doby, ktoré pomáhajú eliminovať dôsledky jeho činnosti vo vzťahu k nej.

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