W ubiegłym miesiącu rozstrzygnięto konkurs na koncepcję Małopolskiego Centrum Nauki w Krakowie. Główną ideą prezentowanego projektu było stworzenie obiektu, który w przyszłości stanie się integralną częścią krajobrazu i najbliższego otoczenia. Koncepcja architektów z AIM Studio zdobyła II nagrodę w konkursie.
Konkurs SARP nr 974 na Małopolskie Centrum Nauki w Krakowie
II Nagroda w konkursie
Małopolskie Centrum Nauki
Autorzy: AIM Studio | www.aim-studio.co.uk | www.aimstudio.pl
Zespół projektowy: arch. Maher Matar, arch. Anna Kowal, arch. Piotr Ehrenhalt, arch. Joanna Tomecka, arch. Sofia Gadzikovskaia, inż. Barbara Makar, inż. Piotr Kuliczkowski
Powierzchnia użytkowa: bez garażu: 12 226,28 m2
Powierzchnia użytkowa z garażem: 19 763,48 m2
Kubatura: 139 674 m3
Małopolskie Centrum Nauki w Krakowie
KONTEKST
Małopolskie Centrum Nauki powstanie w jednym z ostatnich tak rozległych otwartych terenów w mieście, historycznie zlokalizowanym pomiędzy zwartą zabudową Krakowa, a nowymi osiedlami Czyżyn i Nowej Huty. Działka leży w rejonie korytarza przewietrzania miasta, posiada wysokie walory przyrodnicze oraz widokowe. Naczelnym wyzwaniem projektu jest naszym zdaniem stworzyć ikoniczny obiekt, o mocnej formie i reprezentacyjnym charakterze, w kontekście wykluczającym wielkomiejską zabudowę.
IDEA
Kierując się powyższym kryterium projekt Małopolskiego Centrum Kultury traktujemy jako część zastanego krajobrazu. Główna bryła budynku „wyrasta” z poziomu gruntu, łącząc otwarte tereny na południu z rejonem zabudowy usługowej od strony północnej. W ekspozycji wzdłuż ulicy Bora-Komorowskiego elewacja budynku przybiera formę wyraźnie zarysowanej skarpy. W sąsiedztwie przyległego do działki pasa startowego, dach budynku styka się całkowicie z gruntem. Zielony dach, w pełni dostępny o każdej porze roku, stanowić ma przedłużenie otwartych terenów pobliskiego Muzeum Lotnictwa. Z dachu Centrum roztaczać się będzie imponujący widok na pas startowy, panoramę Krakowa oraz dalej – pasma górskie Beskidu Wyspowego. Ma to być miejsce rekreacji, wypoczynku, pikników, podziwiania zachodów słońca i gwiazd po zapadnięciu zmroku. Dach zaplanowano jako dostępny z zewnątrz, natomiast w obrębie stref ekspozycyjnej oraz warsztatowej budynku ulokowano tarasy widokowe, dyskretnie wydzielone od ogólnodostępnej części dachu za pomocą zieleni i szklanych balustrad. Dolne partie dachu stanowią jednocześnie integralną część strefy widowiskowej. Spełniają funkcję schodkowej trybuny podczas organizowanych przez Małopolskie Centrum Nauki wydarzeń oraz dorocznych Pikników Lotniczych.
Forma budynku, w dyskretny sposób przywodząca na myśl skrzydła dawnych dwu- i jedno-płatowców, stanowi również nawiązanie do historycznego kontekstu miejsca-pasa startowego dawnego lotniska Rakowice-Czyżyny. Dynamikę wyrastającej z krajobrazu formy podkreślać ma pas wodny – fosa – biegnący wzdłuż podstawy elewacji.
ZAGOSPODAROWANIE TERENU – TRÓJPOLÓWKA
Obserwując z okien samolotu krajobraz Małopolski, jego najbardziej charakterystyczną, unikalną w skali Europy cechą wydają się podłużne pasy podziału ziemi rolnej, tworzące z wysokości kilku kilometrów wielobarwną mozaikę zieleni i brązów. Ta unikalna kompozycja stała się jedną z inspiracji dla zagospodarowania terenów zielonych Małopolskiego Centrum Nauki. Stanowi wizytówkę krajobrazową regionu, jednocześnie umożliwiając podział terenu na różne strefy funkcjonalne oraz – poprzez „pryzmat” holu głównego – spięcie równorzędnych kierunków dostępu do budynku.
KOMUNIKACJA/PRYZMAT
W szerszym kontekście, inwestycja przylega do historycznego, przypominającego literę „D” układu urbanistycznego, który obejmuje pas startowy dawnego lotniska Rakowice-Czyżyny, drogę kołowania oraz zabudowania obecnego Muzeum Lotnictwa. W kontekście bliższym, działka leży pomiędzy dwoma ciągami komunikacyjnymi – ul. Bora Komorowskiego i pasem startowym, stanowiącym lokalny ciąg pieszo-rowerowy. Dostęp do budynku odbywać się może z 4 względnie równorzędnych kierunków: pieszo-rowerowy od strony północnej oraz pieszo-rowerowo-samochodowy od południa. Wychodząc naprzeciw tym założeniom, Małopolskie Centrum Nauki składać się będzie z 2 brył połączonych przeszklonym holem – pryzmatem. Pryzmat stanowi łącznik pomiędzy dwoma równorzędnymi wejściami, z którego, niczym fale rozproszonego światła – ciągi komunikacyjne rozchodzić się będą w kluczowych kierunkach.
ELEWACJA
Fasada budynku, o jasnej perforowanej strukturze może być interpretowana wieloznacznie: jako niekończące się linie kodu binarnego – nawiązanie do krakowskich tradycji Polskiego Towarzystwa Matematycznego, lub wapienny klif – część charakterystycznej geologii północno-zachodniej Małopolski. Po zmroku, porowata elewacja przepuszczać będzie światło z wnętrza budynku, tworząc efekt usianego tysiącami gwiazd nieba. Abstrakcyjna i ażurowa elewacja podkreślać ma formę oraz funkcją budynku. Jej neutralna faktura podąża jednocześnie za naczelnymi założeniami projektu – uznaniem budynku jako kontynuację zastanego, otwartego krajobrazu.
ZAŁOŻENIA KONSTRUKCYJNO-MATERIAŁOWE
Główna konstrukcja budynku – żelbetowa, słupowo-belkowa z elementami kratownic w obrębie wsporników. Po szczegółowej analizie zdecydowano o przewadze konstrukcji żelbetowej nad stalową ze względów ekonomicznych, pożarowych oraz ekologicznych – możliwość wykorzystania masy termicznej budynku do znaczącego zredukowania zapotrzebowania na energię – zarówno podczas upałów jak i okresie grzewczym. Trzony komunikacyjne żelbetowe. Ścianki działowe z ceramiki poryzowanej lub bloczków gipsowych. Stropy płaskie żelbetowo-belkowe, w układzie belek poprzecznym do osi budynku. Ze względu na dużą rozpiętość konstrukcji, planuje się belki o wysokości ok. 150cm z przepustami instalacyjnymi. Przekrycie budynku zaprojektowano w pełni jako żelbetowy stropodach zielony, podzielony na część dostępną (większa bryła budynku) oraz niedostępną (bryła mniejsza). Część dostępna pokryta będzie zielenią ekstensywną o płytkim systemie korzeniowym z wydzielonymi, zintegrowanymi donicami na krzewy w wybranych miejscach. Posadzki planuje się wykonać z polerowanego betonu, co dla obiektu o tej funkcji i skali jest nie tylko estetycznym ale również bardzo ekonomicznym rozwiązaniem. Sufity podwieszane z ażurowej siatki stalowej, częściowo przykryte od góry izolacją akustyczną. Elewacje dwuwarstwowe – wentylowane. Powłokę zewnętrzną stanowić będzie perforowana fasada z płaskich paneli aluminiowych, chroniąca wnętrze przed długotrwałym w okresie letnim działaniem wschodniego i zachodniego słońca. Jako alternatywę brano pod uwagę elewację z GRC – betonu zbrojonego włóknem szklanym, co byłoby rozwiązaniem droższym i mniej dostępnym na rynku krajowym. Warstwę wewnętrzną stanowić będzie ocieplona ściana żelbetowa z murowanymi elementami wypełniającymi oraz przeszklenie w stolarce aluminiowej. Biorąc pod uwagę czynnik ekonomiczny, proponuje się wysunięcie płyt stropowych poza obręb budynku. Pozwala to na mocowanie do nich podkonstrukcji fasady zewnętrznej, eliminację dodatkowych pomostów technologicznych oraz redukcję ściany osłonowej do wysokości pojedynczej kondygnacji.
ROZWIĄZANIA FUNKCJONALNE
Dzieląc obiekt na 2 bryły, w pierwszej zlokalizowano strefę warsztatową, w drugiej – część konferencyjną, a nad nią biurową. Zdecydowano jednocześnie, aby główna trasa odwiedzających ekspozycję przebiegała przez obie części budynku. Ułatwia to orientację, a przede wszystkim pozwala wzbogacić i urozmaicić doświadczenie z wizyty. Na swojej drodze Goście napotkają 2 kluczowe przestrzenie. Pierwsza to szerokie, wyposażone w siedziska schody, zakończone przeszkloną ścianą z wyjściem na taras widokowy – doskonałe miejsce na odpoczynek, mniej więcej w połowie drogi. U góry schodów mieści się też przylegająca do tarasu kawiarnia. Drugim kluczowym miejscem jest most biegnący przez przeszklone atrium – tu również otwiera się widok na hol główny, oraz w obu kierunkach – na zewnątrz budynku. Zgodnie z wytycznymi Zamawiającego, oprócz wejść głównych do holu, możliwy jest odrębny dostęp z zewnątrz do stref konferencyjnej, administracyjnej i warsztatowej. Wjazd do garażu podziemnego oraz dla dostaw odbywa się za pomocą 2 równoległych ramp zlokalizowanych pod widownią sali konferencyjnej. Dążąc do minimalizacji kosztów, część podziemną zaplanowano jako maksymalnie kompaktową – dwupoziomowy garaż oraz część magazynowa mieszczą się w całości w obrysie bryły budynku. Zaplanowano 221 miejsc postojowych w garażu podziemnym oraz 30 na powierzchni terenu.
DOSTĘPNOŚĆ
Małopolskie Centrum Nauki zaprojektowano jako obiekt bez barier architektonicznych, umożliwiający dostęp osobom niepełnosprawnym do wszystkich części, z których te osoby mogą korzystać. Dostęp na zielony dach dla osób poruszających się na wózkach inwalidzkich, zapewniony jest z rozległych tarasów na 2 i 3 kondygnacji budynku, gdzie będą zlokalizowane: kawiarnia oraz ogrody kwiatowe / przestrzeń warsztatowa przy szklarni.
WYKORZYSTANIE ZASOBÓW NATURALNYCH I STRON ŚWIATA
Nachylona w kierunku południowym bryła budynku pozwala na zmaksymalizowanie zysków z wkomponowanych w płaszczyznę dachu kolektorów słonecznych oraz paneli fotowoltaicznych. Masywny zielony dach od strony południowej i lokalizacja przeszklonej strefy warsztatowej w części północnej pozwala na redukcję niepożądanych zysków cieplnych w okresie letnim. Odwonienie dachu odbywać się ma poprzez warstwę drenażową pod wierzchnią pokrywą roślinności.Trójkątna bryła budynku otoczona jest fosą,która, po przefiltrowaniu zasilana będzie deszczówką za pośrednictwem wewnętrznego zbiornika retencyjnego. Nadmiar wody przeznaczony zostanie do nawadniania terenów zielonych.
ZAŁOŻENIA AKUSTYCZNE
W zależności od wymagań operatora budynku, projekt zakłada możliwość fizycznego podziału przestrzeni wystawienniczych. Jednocześnie założono izolację akustyczną poszczególnych stref ekspozycyjnych bez konieczności fizycznego ich wydzielania. Przy zastosowaniu odpowiednich proporcji materiałów absorbujących w suficie i na ścianach (ok. 40-60%), dźwięk pozostaje wytłumiony w obrębie poszczególnych stref. Wielofunkcyjny charakter głównej sali konferencyjnej narzuca rygorystyczne wymagania. Podstawowa funkcja konferencyjna, jak również organizacja widowisk, pokazów, itp. wymaga wyciszenia, natomiast funkcja koncertowa – donośnego echa. Przy tak sformułowanych wymaganiach, proponuje się zastosowanie na ścianach dwufunkcyjnych paneli absorbująco-odbijających. W zależności od ustawienia paneli możliwa jest adaptacja audytorium do optymalnych dla danej roli warunków. Konwersja może się odbywać poprzez system zautomatyzowany, lub też – w wariancie ekonomicznym – manualnie przez pracowników technicznych.
Głównym założeniem projektowym Małopolskiego Centrum Nauki jest osiągnięcie wysokiej wydajności energetycznej projektowanych instalacji oraz zrównoważona gospodarka energią. Postanowiono wykorzystać naturalne źródła energii dostępne na miejscu oraz wykluczyć powstawanie emisji zanieczyszczeń w najbliższej przestrzeni budynku.
CHARAKTERYSTYKA CIEPLNA BUDYNKU
Małopolskie Centrum Nauki posiada unikalną na skalę Krakowa bryłę, która jednocześnie w sposób istotny charakteryzuje budynek pod względem energetycznym. Bardzo ciężka konstrukcja budynku, składająca się z elementów żelbetowych, zielony dach oraz izolacyjność przegród dostosowana do wymagań Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Budownictwa w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie stawianych na 2021 rok, sprawiają, że budynek staje się „odporny” na warunki zewnętrzne. Dodatkowo pozwala on zakumulować energię i oddać ją do wnętrza budynku z przesunięciem czasowym wynoszącym około 12 godzin. W okresie zimowym dzięki przesunięciu czasowemu w przepływie ciepła, mimo, że najniższa temperatura zewnętrzna notowana jest przeważnie w trakcie nocy, największe zapotrzebowanie na ciepło przypadnie w środku dnia, kiedy w budynku będą przebywać ludzie. Generując zyski ciepła, pokryją oni część zapotrzebowania. W okresie letnim, zyski wewnętrzne muszą odebrane zostać przez instalację chłodniczą na bieżąco, natomiast dzięki akumulacji zysków zewnętrznych w przegrodach budynku zyskujemy przesunięcie czasowe szczytowego zapotrzebowania, które nie pokrywa się ze szczytowym zapotrzebowaniem na energię do pokrycia zysków wewnętrznych. Kolejną barierą ograniczającą zyski ciepła będzie zewnętrzna fasada o niskiej przezierności, tworząca wentylowaną pustkę powietrzną pomiędzy zewnętrzną fasadą a warstwą izolacyjną ściany. Skutecznie ograniczy ona zyski ciepła od promieniowania słonecznego. Równocześnie dużą część promieniowania słonecznego pochłonie warstwa biologicznie czynna dachu zielonego.
INSTALACJA GRZEWCZA I CHŁODNICZA
Pomysł wykorzystania pompy ciepła jako głównego i podstawowego źródła ciepła i chłodu nie ulegał wątpliwości. Analizie poddane zostały natomiast różne jego warianty, a były nim powietrze oraz różne typy wymiennika gruntowego: poziomy wymiennik, odwierty pionowe oraz wymiennik zintegrowany z płytą fundamentową budynku. Po analizie kosztów oraz efektywności każdego z rozwiązań, zdecydowano o zastosowaniu wymiennika zintegrowanego z płytą fundamentową. Jest to nowatorskie rozwiązanie, natomiast sprawdzone na wielu inwestycjach na zachodzie Europy. Wymiennik zlokalizowany będzie na głębokości około 8 metrów pod poziomem terenu, granicząc z gruntem o stabilnej i wysokiej temperaturze w ciągu całego roku. Pompa ciepła dostarczy ciepło do ogrzewania budynku i podgrzewu ciepłej wody użytkowej. Urządzenie będzie odpowiedzialne także za wytworzenie wody lodowej do chłodzenia budynku. Zastosowanie tylko jednego urządzenia pozwoli na maksymalne wykorzystanie energii wytwarzanej przez budynek. W okresie przejściowym ciepło odbierane z pomieszczeń chłodzonych zostanie wykorzystane do podgrzewu ciepłej wody oraz ogrzewania innych pomieszczeń. W momencie, gdy powstanie nadmiar chłodu bądź ciepła w budynku, ciepło to zostanie zmagazynowane w konstrukcji betonowej garażu podziemnego oraz w gruncie. Gruntowy wymiennik ciepła dodatkowo pozwala na pasywne chłodzenie budynku chłodem z gruntu wykorzystując jedynie pracę pomp obiegowych (będzie to możliwe przez znaczną część sezonu przejściowego – wiosna, jesień – oraz część sezonu letniego). Analiza energetyczna wykazała, że wysokowydajna pompa ciepłą dostarczy do budynku około 95% energii grzewczej oraz 50% energii chłodniczej. Pozostała część energii tzw. „szczytowej”, dostarczana będzie z innych źródeł. Zdecydowano się wybrać miejską sieć ciepłowniczą jako szczytowe źródło ciepła. Za wyborem tym stoi założenie projektowe związane z eliminacją lokalnej emisji zanieczyszczeń oraz niezawodność w dostawie energii. Szczytowe zapotrzebowanie na chłód realizowane będzie przez wykorzystanie wież chłodniczych będących alternatywnym do gruntu źródłem ciepła dla pompy ciepła. Przewiduje się możliwość wykorzystania wody deszczowej do zraszania wymiennika. Wewnętrzna instalacja będzie instalacją wodną, czterorurową opartą na sufitowych jednostkach typu Fan Coil, umożliwiającą jednoczesne grzanie i chłodzenie pomieszczeń w okresie przejściowym i odzysk energii wewnątrz budynku. Równocześnie zakłada się zastosowanie stropów chłodzących pozwalających na zakumulowanie części chłodu w okresach nocnych, kiedy wydajność urządzeń jest wysoka oraz umożliwiających jednocześnie zastosowanie chłodzenia pasywnego. Gruntowa pompa ciepła pozwoli również na pasywne chłodzenie i podgrzew powietrza wentylacyjnego. Dodatkowo planuje się zastosowania czujników stężenia CO2 ograniczających zapotrzebowanie na świeże powietrze w pomieszczeniach.
STEROWANIE
Zastosowanie wielu źródeł energii wymaga zaawansowanego sterowania pracą systemu grzewczo-chłodniczego. Dzięki właściwym algorytmom analizującym aktualne warunki każdego ze źródeł ciepła i chłodu oraz optymalnemu sterowaniu osiągnąć można bardzo wysoką sprawność poboru energii odnawialnej.
Instalacja wentylacji dostosowywać będzie ilość nawiewanego świeżego powietrza do aktualnej ilości przebywających w budynku osób. Pomieszczenia wyposażone będą w czujniki stężenia CO2, regulujące ilość dopływającego świeżego powietrza.
Sterowaniu podlegać będzie również instalacja oświetlenia wewnętrznego oraz zewnętrznego budynku. Czujniki natężenia światła regulować będą mocą elementów oświetlenia uwzględniając ilość światła dziennego dopływającego do pomieszczeń, utrzymując ich sumaryczną wartość na stałym poziomie. Za wyborem tym stoi założenie projektowe związane z eliminacją lokalnej emisji zanieczyszczeń oraz niezawodność w dostawie energii.
INSTALACJA ELEKTRYCZNA
Energia elektryczna dostarczana będzie z miejskiej sieci energetycznej oraz paneli fotowoltaicznych umieszczonych na dachu budynku. Zakłada się zastosowanie w budynku wysokowydajnego oświetlenia LED, systemu kontroli natężenia światła, instalacji BMS optymalizującej zużycie energii w pomieszczeniach nieużytkowanych. Projektuje się wykorzystanie 150m2 paneli fotowoltaicznych, które dostarczą w ciągu roku około 25% zapotrzebowania na energię potrzebną do oświetlenia budynku. Analiza wykazała, że nakład inwestycyjny związany z instalacją fotowoltaiczną może zwrócić się na przestrzeni około 10 lat co jest bardzo dobrym wynikiem.
ZAGOSPODAROWANIE WÓD DESZCZOWYCH
Budynek będzie posiadał w jednej części dach zielony o charakterze intensywnym a w części stanowiącej trybuny dostępne dla widzów, dach zielony ekstensywny. Rozwiązanie to wpłynie korzystnie na kondycję dachu, jego izolację termiczną i akustyczną. Dodatkowo warstwa roślin będzie pochłaniać zanieczyszczenia, gromadzić wodę deszczową oraz stanowić ochronę dachu przed wahaniami temperatur, promieniowaniem UV oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Dodatkowo dachy zielone przyczynią się do oszczędności energetycznych, co pozwoli na redukcje zanieczyszczeń – przede wszystkim CO2 emitowanych przy produkcji energii. Zielone dachy będą stanowić doskonałe uzupełnienie realizacji koncepcji rozwoju zrównoważonych systemów odwadniania zlewni. Objętość wód opadowych z tych dachów zostanie zredukowana o minimum 50% z uwagi na zmniejszony współczynnik spływu.
W wielowarstwowej konstrukcji dachu woda opadowa zostanie częściowo zatrzymana i wykorzystana przez rośliny oraz w wyniku ewapotranspiracji oddana do atmosfery. Nadmiar wód zostanie zmagazynowany w fosie przy budynku pełniącej funkcję estetyczną oraz w retencyjnym zbiorniku podziemnym. Z części środkowej budynku – pryzmatu, woda deszczowa również zostanie odprowadzona do zbiornika retencyjnego. Zgromadzona w zbiorniku woda deszczowa zostanie wykorzystana w systemie nawadniania terenów zielonych, zraszania wymienników w wieżach chłodniczych oraz do zmywania powierzchni minimalizując użycie do tych celów wody pitnej. Na zaprojektowanych dachach zielonych zostanie nasadzona roślinność o zwiększonej tolerancji na brak wody oraz występowanie okresu
suszy. Ponadto dla zoptymalizowania zużycia wody przy nawadnianiu dachów intensywnych oraz nawadnianiu terenów zielonych przewiduje się użycie dodatkowych sterowników, takich jak czujniki deszczu i czujniki wilgotności substratu. Czujniki te pozwolą na kontrolowanie czasu nawadniania wyłączając system, kiedy nie będzie on potrzebny. Połączenie sterownika wraz z kontrolerem wody deszczowej pozwoli na nieograniczone możliwości konfiguracji wykorzystania wody do nawadniania. Niewykorzystana ilość wód deszczowych odprowadzona zostanie do miejskiego systemu kanalizacji. Powyższe rozwiązanie zagospodarowania wód deszczowych wpłynie korzystnie na aspekt krajobrazowy oraz pozwoli odciążyć systemy kanalizacyjne i ograniczyć do minimum zrzut wód opadowych w okresach deszczowych.
