COGITEON

LEKCJA BUDOWNICTWA

Realizacja Małopolskiego Centrum Nauki Cogiteon to przykład harmonijnego połączenia nieszablonowej architektury z zaawansowanymi technologiami zrównoważonego rozwoju. Projekt, zakorzeniony w kontekście kulturowym i krajobrazowym dawnego lotniska, udowadnia, że zróżnicowana forma może jednocześnie służyć najwyższym wymogom funkcjonalnym i energetycznym.

Małopolskie Centrum Nauki Cogiteon to instytucja o charakterze edukacyjno-wystawienniczym, której misją jest popularyzacja nauki poprzez zabawę oraz nowe, eksperymentalne i autorskie formy ekspozycji. Już na etapie koncepcji architektonicznej celem było stworzenie niepowtarzalnej, pełnej wyrazu, a jednocześnie powściągliwej architektury, która stanowiłaby kluczowy element identyfikacji wizualnej Cogiteonu. Projekt głęboko czerpie z uwarunkowań kulturowych, lokalizacyjnych i krajobrazowych otaczającego terenu.

Osadzone w kontekście
Główne założenia dla kształtowania bryły budynku oraz sekwencji układu funkcjonalno-użytkowego nawiązują do niezwykle wyrazistego elementu otaczającego pejzażu – pasa startowego dawnego lotniska Czyżyny. Parkowy charakter obszaru stał się impulsem do zaprojektowania Cogiteonu jako elementu silnie zintegrowanego z krajobrazem, niemal zacierającego granicę pomiędzy architekturą a otaczającym Lotniczym Parkiem Kulturowym.

Budynek, oparty na planie trójkąta, wznosi się z przestrzeni pasa startowego. Charakteryzuje się zmiennością poziomów i różnicowaniem wysokości wnętrza. Ta dynamika pryzmatycznej formy buduje kulminacje przestrzenne w miejscach oferujących interesujące widoki na okolicę. Klarowność zdyscyplinowanej formy sprzyja wymogom energooszczędności i bezkolizyjnej współpracy z przyrodą. Czytelność podziału na strefy, oferująca elastyczność i możliwość przyszłych reorganizacji, ma kluczowe znaczenie dla łatwości poruszania się użytkowników – zarówno przyjezdnych oraz incydentalnych, jak i stałych bywalców.

Funkcjonalność i integracja przestrzeni
Cztery niezależne bryły o zmiennej wysokości mieszczą odpowiednio: strefę wejściową, strefę konferencyjną, administrację, a także główną przestrzeń wystawienniczą wraz ze strefą laboratoryjno-warsztatową oraz zapleczem techniczno-magazynowym. Obiekt został zaprojektowany do pełnienia szeregu funkcji edukacyjnych, w przyjazny sposób umożliwiając zwiedzającym – przede wszystkim dzieciom i młodzieży – poznawanie i zrozumienie nauki oczłowieku. Cogiteon oferuje nie tylko nowoczesną, interaktywną ekspozycję stałą oraz przestrzeń wystaw czasowych, lecz także specjalistyczne laboratoria i sale dopokazów naukowych.

Koncepcja kolorystyczno-materiałowa została ograniczona do monochromatycznych barw i surowych materiałów, co pozwoliło na ukształtowanie wnętrza spójnego z zewnętrznym wyrazem budynku. Jednolite wnętrze stanowi neutralne tło dla aranżacji ekspozycji, prezentacji instalacji artystycznych oraz organizacji prelekcji i różnych eventów.

Wykorzystując naturalne ukształtowanie terenu, poziom wystawienniczy został zagłębiony. Szczególne ukształtowanie bryły stanowi też główny element koncepcji energetycznej. Trójkątny obrys wyeliminował północną fasadę, natomiast pochyły, opadający zielony dach zastąpił fasadę południową.

Efekt światłocienia
Poszczególne formy tworzące układ kompozycyjny Cogiteonu zostały ujęte w jednolitą elewację w formie screenu. To rozwiązanie nadaje założeniu technologiczny wyraz, trójwymiarowość oraz lekkość. Eksponowane na tle betonowanych płaszczyzn, migoczące w słońcu elementy z blachy cięto-ciągnionej tworzą bardzo ciekawy rysunek i zmienny światłocień, zależny od pory dnia oraz warunków atmosferycznych. Współczesna formuła tej elewacji tworzy płaszczyznę prezentacji wydarzeń w centrum – z małej i dużej odległości –w formie mappingu czy iluminacji. Poprzez swoją prostotę rozwiązanie to stanowi doskonały wizerunkowy znak dlapopularyzacji nauki.

Intensywny zielony dach pełni funkcje nie tylko rekreacyjne i wizualne. Jest ogólnodostępnym ogrodem, tarasem widokowym oraz trybuną, z której użytkownicy mogą obserwować pokazy lotnicze i wydarzenia na terenie Parku. Z perspektywy technicznej stanowi istotny element koncepcji energetycznej budynku, eliminując powstawanie efektu wysp ciepła.

Wyzwania technologiczne
Projekt Małopolskiego Centrum Nauki stanowił wyzwanie projektowe dla całego wielobranżowego zespołu. Budynek zaprojektowano w technologii monolitycznej. Ze względu na dwa główne poziomy posadowienia konieczne było zaprojektowanie i wykonanie schodkowych ław fundamentowych oraz przejściowych poziomów posadowienia. Konstrukcję nośną tworzą żelbetowe ściany, tarcze, słupy, belki oraz stropy. Dach nad główną przestrzenią wystawienniczą oraz nad salą audytoryjną oparto na dźwigarach stalowych przykrytych prefabrykowanymi płytami żelbetowymi.

W kontekście efektywności energetycznej stabilne temperaturowo elewacje wschodnia i zachodnia, poza strefą wejścia, ograniczono pełnymi przegrodami. Podwójna żelbetowa przestrzeń mieszcząca wielopoziomowe klatki schodowe stanowi bufor termiczny pomiędzy wnętrzem a zewnętrzem. Temperatura w przestrzeni żelbetowych pustek jest pośrednia, a masywne żelbetowe ściany stanowią efektywną akumulacyjną masę termiczną.

Poprzeczka została zawieszona wysoko już na etapie określenia przez Zamawiającego warunków konkursowych. Trudności w doborze rozwiązań konstrukcyjnych i technologicznych generowały przede wszystkim kształt oraz forma budynku. Dodatkowym utrudnieniem było zaprojektowanie zielonego dachu, który ma służyć edukacji i rekreacji. Wykorzystanie tej przestrzeni do ustawienia urządzeń technicznych było całkowicie wykluczone.

BIM i praca zespołowa
Projekt został przygotowany w oparciu o technologię BIM (Building Information Modeling), z uwzględnieniem wykorzystania modelu aż do poziomu 7D. Poza wykonaniem wielobranżowej dokumentacji już na etapie projektu odpowiednio sparametryzowany model 3D został wykorzystany do harmonogramowania, kosztorysowania, analiz energetycznych, a po zakończeniu budowy również do zarządzania obiektem.

Dzięki zintegrowanej współpracy wielobranżowego zespołu pracującego w środowisku BIM, w oparciu o model przestrzenny budynku, udało się znaleźć miejsce na wszystkie niezbędne urządzenia techniczne. Największym wyzwaniem okazało się znalezienie miejsca na agregat wody lodowej oraz dry-cooler. Po przeanalizowaniu różnych rozwiązań urządzenia zostały umieszczone w specjalnie zaprojektowanej, zagłębionej w dachu niecce, co pozwoliło na ich dyskretne ukrycie.

Ambitne wymogi energetyczne
Kolejnym istotnym zagadnieniem był poziom rocznego zapotrzebowaniu budynku na energię na potrzeby ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej, zdefiniowany przez Zamawiającego na poziomie 45 kWh/(m2 rok). Wymóg ten odpowiada wartości maksymalnej dla obiektów oddanych do użytku od początku roku 2021 (określonej w rozporządzeniu o warunkach technicznych). Warunek ten wyjątkowo trudno spełnić w budynkach, w których liczba instalacji jest szczególnie duża ze względu na mnogość funkcji oraz wymagań dotyczących jakości i ilości powietrza wentylacyjnego.

Poszukując optymalnych rozwiązań, projektanci instalacji podjęli współpracę z Narodową Agencją Poszanowania Energii, z którą wspólnie został opracowany szczegółowy, godzinowy model energetyczny obiektu. Dzięki temu było możliwe precyzyjne dobranie scenariuszy pracy instalacji i prawidłowe jej zaprojektowanie. Na podstawie analiz energetycznych projektanci określili zapotrzebowanie na ciepło oraz chłód obiektu w poszczególnych okresach i porach dnia. To z kolei pozwoliło podjąć decyzję o użyciu bardzo nietypowego źródła ciepła i chłodu.

Zastosowano pompy ciepła współpracujące z dolnym źródłem – zbiornikiem lodu. Zbiornik lodu to żelbetowa komora o wymiarach 12 × 12 m i głębokości 6 m zlokalizowana pod maszynownią wody lodowej. Ta technologia stanowi ciekawą alternatywę dla pomp ciepła współpracujących z odwiertami gruntowymi. W odróżnieniu od nich zbiornik lodu stanowi swego rodzaju magazyn energii, którą można wykorzystać wtedy, gdy będzie potrzebna w budynku. W Cogiteonie bryła lodu i otaczająca ją woda o niskiej temperaturze, powstające podczas ogrzewania budynku, są później wykorzystywane do chłodzenia serwerowni, sali konferencyjnej i innych pomieszczeń wymagających chłodzenia ze względu na zyski ciepła.

Aby lepiej zrozumieć potrzeby użytkowników obiektu, projektanci wentylacji podjęli również współpracę z Politechniką Śląską. Powstały analizy baz danych, które były wynikiem modelowania energetycznego. Na ich podstawie zostało opracowanych pięć kluczowych scenariuszy pracy źródła:
• tryb grzania z wykorzystaniem pomp ciepła i zbiornikalodu oraz węzła ciepła jako źródła szczytowego,
• tryb grzania z wykorzystaniem pomp ciepła i zbiornikalodu z jednoczesną jego regeneracją,
• tryb chłodzenia aktywnego z wykorzystaniem zbiornikalodu jako dolnego źródła pomp ciepła,
• tryb chłodzenia pasywnego z wykorzystaniem bryły lodujako zasobnika energii,
• tryb jednoczesnego grzania i chłodzenia z wykorzystaniem pomp ciepła i zbiornika lodu.
Ze względu na zróżnicowane funkcje obiektu instalacje wentylacyjne musiały spełniać szereg niestandardowych wymagań, co wymusiło zastosowanie nowatorskich rozwiązań. Kluczowym wymogiem Inwestora była przyszła możliwość dowolnej aranżacji przestrzeni laboratoryjnej i wystawowej, co przełożyło się na elastyczność również w rozwiązaniach instalacyjnych.