Rozwiązania instalacyjne w Muzeum Sztuki Nowoczesnej w Warszawie

Ten nowoczesny obiekt został zaprojektowany przez amerykańskiego architekta Thomasa Phifera, we współpracy z polskim biurem architektonicznym APA Wojciechowski. Konstrukcja, instalacje sanitarne, klimatyzacja i wentylacja oraz instalacje elektryczne budynku zaprojektowało wielobranżowe biuro projektowe Buro Happold Polska.

Budynek MSN-u to imponująca konstrukcja o powierzchni całkowitej wynoszącej prawie 20 000 m², z czterema kondygnacjami nadziemnymi i dwiema podziemnymi. Zaprojektowano go z uwzględnieniem istniejącej infrastruktury miejskiej i posadowiono nad stacją metra Centrum oraz stacją transformatorową RPZ Pałac, która dostarcza energię elektryczną do dzielnicy Śródmieście.

Warunkiem realizacji projektu było ciągłe, nieprzerwane działanie obydwu nadbudowywanych obiektów, czyli stacji metra Centrum oraz stacji transformatorowej RPZ Pałac, podczas prac budowlanych. Wymóg ten stał się dodatkowym wyzwaniem dla zespołu projektowego Buro Happold – w celu jego spełnienia opracowano liczne projekty tymczasowe z zakresu instalacji i konstrukcji, które musiały zostać uzgodnione z właścicielami nadbudowywanych obiektów. Zagadnienie to było bardzo skomplikowane pod względem organizacyjnym. Projekty tymczasowe umożliwiły przebudowanie i wkomponowanie w projektowaną bryłę budynku MSN-u czerpni i wyrzutni istniejących obiektów zlokalizowanych pod budynkiem oraz korytarza dostępowego do stacji RPZ. Dzięki temu nowy budynek harmonijnie współgra z otaczającą infrastrukturą, nie zakłócając jej funkcjonowania.

Specjalne wymagania dla akustyki

Wnętrze muzeum kryje ponad 4500 m² przestrzeni wystawienniczej oraz szereg dodatkowych funkcji, takich jak audytorium, bistro, księgarnia, sale edukacyjne, kino, pomieszczenia konserwatorskie i magazyny dzieł sztuki. W przyszłości zagości tam również zrekonstruowane pomieszczenie Studia Eksperymentalnego Polskiego Radia (SEPR), które przywróci do życia jedno z najważniejszych dla muzyki elektronicznej miejsc w Polsce. Studio, które powstało w 1957 roku według projektu Oskara Hansena, będzie normalnie funkcjonować dzięki wyposażeniu w oryginalne analogowe urządzenia współpracujące z najnowszymi technologiami cyfrowej obróbki dźwięku.

Pomieszczenie to musi spełniać rygorystyczne parametry akustyczne – NR15. Na jego potrzeby zaprojektowano niezależną centralę wentylacyjną, której zadaniem będzie utrzymanie odpowiednich parametrów wilgotności i temperatury wewnątrz studia. Centrala posadowiona została w oddzielnym pomieszczeniu. Kanały wyposażono w serię tłumików akustycznych oraz podwieszono przy użyciu zawiesi sprężynowych odprężonych akustycznie na całej długości instalacji nawiewnej i wywiewnej. Dodatkowo kanały w obrębie pomieszczenia bezpośrednio sąsiadującego ze studiem Polskiego Radia zostały obłożone izolacją akustyczną. W studiu, we współpracy z firmą SCHAKO, zaprojektowano specjalne nawiewniki wyporowe, które są jednocześnie elementem wystroju.

Pomieszczenia galeryjne oraz magazynowe, ze względu na przetrzymywane w nich eksponaty, wymagają utrzymania określonych temperatur oraz wilgotności. Technologia muzealna pozwalała jedynie na niewielkie odchyłki godzinowe oraz dobowe temperatury i wilgotności w ciągu roku. Z tego powodu na terenie inwestycji zamontowano 33 centrale wentylacyjne oraz prawie drugie tyle wentylatorów.

Ukryte instalacje

Głównym wymaganiem stawianym przez architektów instalacjom obsługującym przestrzenie publiczne i muzealne na kondygnacjach nadziemnych, które są przeznaczone dla zwiedzających, było ich ukrycie. Wymóg ten miał umożliwić odwiedzającym skoncentrowanie się na odbiorze sztuki nowoczesnej, bez rozpraszania ich uwagi. Dlatego również wystrój galerii jest minimalistyczny, z białymi ścianami. Instalacje obsługujące galerie i przestrzenie publiczne zostały ukryte w przedściankach technicznych, które służą do serwisowania instalacji budynkowych oraz pełnią funkcję przestrzeni wywiewnych. Dla tych założeń opracowano strategię wentylacji i klimatyzacji pomieszczeń w budynku.

W trakcie projektowania przeanalizowano szereg różnych wariantów, od wentylacji wyporowej po wentylację mieszającą. Ze względu na różne kubatury pomieszczeń – jedne galerie mają wysokość 4 m, inne 8 m, a ich powierzchnia waha się od 50 do ponad 500 m² – najlepsze efekty uzyskano przy wentylacji mieszającej. Aby ujednolicić rozwiązania dla wszystkich przestrzeni publicznych i galeryjnych, zaprojektowano nawiewniki szczelinowe z zawirowaniem służącym do nawiewu powietrza – okazały się one najskuteczniejszym rozwiązaniem dla wszystkich typów galerii. Elementy nawiewne zostały lekko wycofane w stosunku do ścian przestrzeni obsługiwanych i umieszczone pod sufitem – ukryte w szczelinach architektonicznych, które dopasowano tak, aby nie zakłócały rozpływu strumienia wentylacyjnego. Wywiew jest realizowany przez szczeliny architektoniczne, które wyglądem nie różnią się od szczelin nawiewnych. Szczeliny wywiewne zostały zaprojektowane i wykonane zgodnie z przekazanymi branży architektoniczno-budowlanej wymaganymi powierzchniami czynnymi. Ilości powietrza nawiewanego zostały obliczone w taki sposób, by zapewnić świeże powietrze dla projektowo założonej liczby osób, a także odebrać zyski ciepła i wilgoci.

Ze względu na zmienne parametry w pomieszczeniach i duże różnice kubatur przestrzeni wystawowych, działanie wentylacji zostało potwierdzone analizami numerycznymi CFD. Konieczność spełnienia określonych warunków temperatury i wilgotności narzuciła potrzebę indywidualnego korygowania tych parametrów dla każdej galerii. W związku z tym pomieszczenia zostały podzielone na grupy obsługiwane przez poszczególne centrale, a na kanałach nawiewnych do każdej galerii dodatkowo zamontowano regulatory VAV z tłumikami i nagrzewnicami kanałowymi. Ogrzewanie i chłodzenie pomieszczeń są również realizowane za pomocą ogrzewania i chłodzenia podłogowego.

Pomieszczenia techniczne i pracownie konserwatorskie

Na jednej z podziemnych kondygnacji znajduje się strefa dostaw i transportu dzieł sztuki, tzw. ścieżka sztuki. Jest to przestrzeń prowadząca od doków rozładunkowych, które będą w przyszłości zlokalizowane pod budynkiem TR Warszawa, przez magazyny rozładunkowe i dalej korytarzami aż do windy. Na całej jej długości, podobnie jak w galeriach, muszą zostać zachowane określone warunki temperaturowo-wilgotnościowe. Dodatkowo na tej kondygnacji, aby umożliwić transport, wymagane było zachowanie w przestrzeni komunikacyjnej wysokości 3,5 m wolnej od instalacji na całej drodze oraz do przyległych pomieszczeń magazynów, jak również do pobliskiego pomieszczenia stolarni.

Na samej ścieżce sztuki, ciągnącej się praktycznie przez całą kondygnację podziemną, należało unikać prowadzenia jakichkolwiek instalacji wodnych. Dlatego wszystkie przejścia instalacji wodnych, które zredukowaliśmy do minimum, poprowadziliśmy w korytach z zainstalowanymi czujnikami wycieków, aby maksymalnie chronić eksponaty tymczasowo składowane lub transportowane w tej przestrzeni. Ze względu na lokalizację budynku w sercu Śródmieścia zastosowano dwa zbiorniki retencyjne, które pozwalają odciążyć sieć miejską na wypadek deszczu nawalnego.

Przestrzeniami o wysokich wymaganiach dotyczących powietrza były dwie pracownie konserwatorskie – czysta i brudna. Oba pomieszczenia wymagały własnych central, a nawiew musiał być dodatkowo wyposażony w filtry HEPA. W konserwatorni brudnej należało także uwzględnić systemy obsługujące szafy na chemikalia, wentylację dygestorium, jak również podłączenie do odciągów miejscowych. Ze względu na substancje chemiczne, które będą wykorzystywane w tym pomieszczeniu, część kanałów należało zaprojektować z odpornego na ich działanie tworzywa. Takie rozwiązanie narzuciło również konieczność ochrony całego systemu za pomocą obudowy o odporności ogniowej przegród budowlanych (Promat), ze względu na brak aprobat klap pożarowych do zastosowania na takich kanałach.

Instalacje oddymiania i ppoż.

W budynku MSN-u zapewniona została ochrona pożarowa za pośrednictwem instalacji hydrantów wewnętrznych. Dodatkowo, zgodnie z operatem pożarowym, przed zadymieniem zabezpieczone zostały klatki schodowe oraz windy. Napowietrzanie realizowane jest przez systemy firmy SMAY. Zaprojektowano wentylatory nawiewne o zmiennym przepływie, utrzymujące stałe nadciśnienie w tych przestrzeniach. Takie rozwiązanie umożliwiło rezygnację z wykorzystania klap nadmiarowo-upustowych u szczytu szybów. Upusty dla tego napowietrzania w razie otwarcia drzwi zostały zlokalizowane na poszczególnych kondygnacjach. Wyjątkiem jest klatka schodowa oraz winda w wieży kinowej – przestrzenie te są oddymiane grawitacyjnie poprzez świetliki rozmieszczone na szczycie wieży z kompensacją mechaniczną. Kompensacja systemu jest zlokalizowana na poziomie –1. Poziome drogi ewakuacyjne prowadzące do klatek są oddymiane.

Na szczególną uwagę zasługuje centralnie położone atrium, ciągnące się przez wszystkie kondygnacje nadziemne. Oddymianie jest w tym wypadku realizowane przez plenum znajdujące się wokół centralnie umieszczonego świetlika, znajdującego się u szczytu. Powietrze do oddymiania kompensowane jest poprzez otwarcie drzwi na poziomie parteru.

Kolejnym pomieszczeniem wymagającym zastosowania instalacji oddymiającej jest kino. W pomieszczeniu tym instalacja wentylacji bytowej została połączona z systemem wentylacji oddymiającej. Przełączanie między dwoma systemami realizowane jest za pomocą tych samych kanałów wentylacyjnych dwufunkcyjnych (wentylacja bytowa/oddymianie), zmienia się jedynie urządzenie wykonawcze: centrala wentylacyjna bytowa lub wentylatory napowietrzające i oddymiające. Przełączanie funkcji systemu wentylacyjnego odbywa się za pośrednictwem klap pożarowych.

Aby zminimalizować liczbę instalacji w pomieszczeniu sali kinowej, zaprojektowano nawiew za pomocą nawiewników podłogowych umieszczonych pod siedzeniami i w podstopnicach. Pod salą umieszczono plenum wyłożone izolacją akustyczną, do którego doprowadzany jest kanał nawiewny oraz kanał do kompensacji oddymiania. Przy ekranie znajduje się szczelina, przez którą powietrze przepływa do kanału wywiewnego i oddymiającego zlokalizowanego za ekranem.

Dostarczanie powietrza wentylacyjnego i chłodzenie

Większość czerpni oraz wyrzutni powietrza do central zlokalizowano na dachach budynku oraz przyległej wieży kinowej. Wieża została zaprojektowana jako dodatkowe, reprezentacyjne wejście do kina. W jej środku znajduje się winda oraz schody prowadzące na poziom –1. Przestrzeń wieży została dodatkowo wykorzystana do przeprowadzenia instalacji na dach – po obwodzie, ukryte przed wzrokiem odwiedzających, znajdują się szachty instalacyjne.

Ciekawym rozwiązaniem jest lokalizacja czerpni powietrza w bryle architektonicznej wieży kinowej. Ponieważ na dachu wieży zlokalizowane zostały wentylatory wyciągowe, musieliśmy razem z architektami znaleźć dodatkowe miejsce, z którego można by było czerpać powietrze do central wentylacyjnych. Wybór padł na okolice wejścia do wspomnianej wieży. Wzdłuż drzwi w podcieniu, z zachowaniem wymaganej wysokości nad poziomem terenu, zaprojektowano odpowiednio szerokie szczeliny, które łączą się dalej z kanałami prowadzącymi do central wentylacyjnych. Spełnione tu zostało także wymaganie architektów dotyczące ukrycia instalacji.

Z powodu ograniczonej przestrzeni instalacyjnej na poziomach galeryjnych instalacje zostały częściowo rozprowadzone już na poziomie dachu. Ze względów estetycznych architekt narzucił dodatkowy wymóg – wszystkie instalacje prowadzone na zewnątrz musiały być białe, zbliżone do koloru elewacji. Dodatkowo dach przykryty został przezierną kratą umożliwiającą działanie urządzeń, jedynie małe fragmenty, takie jak wieża chłodnicza oraz wyrzutnie wentylatorów oddymiających, nie zostały nią przykryte.

Źródłem chłodu w budynku są chillery zlokalizowane na poziomie –2, połączone z wieżami chłodniczymi na dachu. Ze względu na warunki zabudowy architekci musieli przygotować specjalne zagłębienie w budynku na montaż tych urządzeń. Instalacja chłodu jest wykorzystywana przez chłodnice w centralach, chłodzenie płaszczyznowe oraz klimakonwektory.

Efektywne i oszczędne wykorzystanie energii

Zgodnie z misją Buro Happold oraz intencją zamawiającego wszelkie urządzenia i rozwiązania nastawione są na wysoką efektywność oraz ograniczanie zużycia energii. Z uwagi na lokalizację i posadowienie budynku nie można było zastosować odnawialnych źródeł energii, ale projekt zawiera szereg nowotarskich rozwiązań technologicznych.

Projektanci instalacji, poza koniecznością wynikająca z uwarunkowań prawnych, zastosowali wiele rozwiązań, które pomagają znacząco oszczędzić energię elektryczną. Przede wszystkim wprowadzono bardzo wysoki poziom kontroli wszystkich parametrów budynku. Każda galeria została wyposażona w odpowiednie czujniki, które pozwalają elastycznie dostosowywać cały system wentylacji, chłodzenia, nawilżania, osuszania i oświetlenia do bieżącego zapotrzebowania. Pozwala to automatycznie i precyzyjnie regulować działanie wszelkich urządzeń w budynku i tym samym znacznie zmniejszać ich zużycie energii. Jest to możliwe dzięki nowoczesnemu systemowi BMS – sterowania automatyką budynkową.

Centrale wentylacyjne wyposażone są w wysokowydajny odzysk energii oraz ekonomizer, którego zadaniem będzie wykorzystanie chłodu z powietrza zewnętrznego w okresach przejściowych. Systemy wentylacyjne są wyposażone w regulatory zmiennych przepływów powietrza VAV, które dostarczają powietrze według potrzeb zdefiniowanych dzięki monitorowaniu wilgotności i temperatury w pomieszczeniu. Wszystkie urządzenia mają wysokosprawne silniki elektryczne, które dopasowują pracę do aktualnego zapotrzebowania instalacji.

Oprócz rozwiązań technologicznych wprowadzono szereg rozwiązań architektonicznych, które sprawiają, że poziom zużycia energii został znacznie obniżony. Przede wszystkim dzięki swojej strukturze i konstrukcji oraz fasadzie wykonanej z betonu architektonicznego budynek ma wyjątkowo dużą bezwładność termiczną, która uniemożliwia szybkie zmiany wewnętrznych warunków klimatycznych, nawet przy częstych w Polsce zmianach pogodowych, zachodzących czasem w ciągu jednej doby. Do tego w budynku zaprojektowana została instalacja ogrzewania i chłodzenia całej posadzki, która dzięki zjawisku akumulacji ciepła i chłodu znacznie zmniejsza konieczność działania systemów wentylacyjnych, co z kolei przekłada się na mniejsze zapotrzebowanie na energię.

Całe oświetlenie realizowane jest poprzez system energooszczędnych lamp LED, sterowanych i optymalizowanych na bieżąco w zależności od potrzeb. 75% galerii wyposażono w świetliki i okna doświetlające wystawy. Doświetlenie ich światłem dziennym było możliwe dzięki zastosowaniu specjalnego systemu filtrów, co umożliwia zmniejszenie zużycia energii.

Instalacje zostały zaprojektowane tak, aby w każdej galerii można było zadać inne parametry w zakresie kontroli warunków klimatycznych. Oznacza to, że możliwa jest realizacja wystawy, która w przypadku 90% galerii ma bardzo niskie wymagania (+/–15% wilgotności), a jedynie w 10% wysokie (+/–2% wilgotności). Tym samym spełnione zostały standardy współczesnych warunków konserwatorskich, umożliwiające realizację wystaw dzieł sztuki przy jednoczesnym zoptymalizowaniu kosztów zużycia energii.