Poduszka powietrzna stosowana w okresie grzewczym w celu zmniejszenia kubatury do ogrzania oraz przysłonięcia otworu kopuły kościoła i zapobieżenia ucieczce ogrzanego powietrza.
Zabytkowy kościół pw. Opatrzności Bożej w Jaworzu k. Bielska-Białej wzniesiony został na początku XIX w. (później przebudowywany) na rzucie krzyża z kopułą w nawie poprzecznej (transepcie).
Wezgłowie kopuły znajduje się na wysokości 19 m, a zwornik kopuły sięga 22,3 m od poziomu posadzki. Kubatura kopuły z tamburem wynosi ok. 260 m3, co stanowi ok. 9% kubatury wnętrza kościoła, kubatura całkowita wnętrza wynosi ok. 3000 m3.
Kopuła z tamburem to nie tylko przestrzeń do ogrzania, ale „komin”, przez który ucieka ciepłe powietrze z ogrzanego wnętrza tym szybciej, że w tamburze kopuły są nieszczelne okna pojedynczo szklone, a kopuła jest nieocieplona.
W kościele w latach 80. wprowadzono system ogrzewania promiennikami gazowymi. System ten wówczas wydawał się najbardziej ekonomiczny, ale głównym mankamentem tego rozwiązania było ogrzewanie miejscowe z pozostawieniem wolnych przestrzeni nieogrzewanych naw bocznych. Ponadto przy spalaniu gazu wprowadzono do wnętrza wilgoć.
W późniejszym okresie zamieniono ogrzewanie promiennikami gazowymi na ogrzewanie kościoła przez nadmuch ogrzanego powietrza kanałami rozmieszczonymi symetrycznie na nawy boczne i prezbiterium z kotłowni gazowej zlokalizowanej w podpiwniczeniu pod zakrystią. Natomiast powrót powietrza następuje kanałem pod posadzką w osi nawy głównej. Ten system ogrzewania obecnie funkcjonuje.
Zaprojektowane rozwiązanie
W 2008 r. zaprojektowano poduszkę powietrzną z przezroczystej folii PCV umieszczoną w tamburze kopuły poniżej przeszklenia, zatrzymującą wypływ ogrzanego powietrza z kościoła przez nieszczelności okien i nieocieploną kopułę.
W tamburze kopuły poniżej pasa okien zamocowano krzyżak z rur stalowych nierdzewnych. Na środku krzyżaka zamocowano główne zawiesie z krążkiem, przez które wciąga się linką poduszkę powietrzną w luźnej postaci na poziom krzyżaka. Linka naciągu wchodzi przez otwór w tamburze kopuły do kołowrotka z blokadą zlokalizowanego na strychu. Po wciągnięciu plastikowej poduszki do osi krzyżaka napełnia się ją powietrzem za pomocą elektrycznej dmuchawy. Poduszka po napełnieniu uszczelnia otwór w poziomie tamburu, dociskając się do okrągłej ściany tamburu. Pewnym utrudnieniem przy wyciąganiu worka poduszki powietrznej jest duży żyrandol w osi transeptu zamocowany czterema linkami do łęków między kolumnami.
Zastosowanie poduszki powietrznej na okres grzewczy ma na celu zmniejszenie kubatury do ogrzania oraz przysłonięcie otworu kopuły przed ucieczką ogrzanego powietrza przez nieszczelne, pojedyncze okna w tam- burze kopuły, a także obniżenie wysokości przestrzeni transeptu.
Rys. Przekrój podłużny kościoła z poduszką powietrzną w tamburze kopuł
Elementy rozwiązania
– Plastikowa poduszka z przezroczystego (matowego) PCV o wzmocnionej wytrzymałości dostosowana do średnicy otworu tamburu kopuły, tj. ok. 22,06 m2 (promień tamburu r ≈ 2,65 m).
– Okrągła poduszka powietrzna o średnicy 5,30 m i wysokości ok. 60-80 cm usztywniona wewnętrznymi linkami pozwalającymi na utrzymanie kształtu poduszki.
– W węzłach mocowania linek wewnętrznych od góry – linki do dodatkowego podwieszenia poduszki do krzyżaka. Dolne węzły mocowania linek w poduszce mogą mieć podkładki w kształcie gwiazdek, co może dodatkowo uatrakcyjnić widok poduszki od dołu.
– Elektryczna mała dmuchawa połączona wężem z poduszką powietrzną.
– Kołowrotek z blokadą i linką do wciągania poduszki zamocowany do stabilnej konstrukcji na strychu.
– Krzyżak z rur ze stali nierdzewnej zamocowany na stałe do konstrukcji więźby lub łęków sklepień.
Projektowane rozwiązanie nie spowodowało zmian w strukturze zabytkowej budowli, nie narusza jej zabytkowego charakteru, lecz jedynie przez okres sezonu grzewczego nieco przysłania wnętrze kopuły, dając efekt matowej przysłony, przez którą nadal widać kopułę i okna w tamburze. Zastosowanie w złączach linek usztywniających poduszkę powietrzną od dołu okrągłych podkładek w kształcie gwiazdek daje wrażenie nieboskłonu.
Łączny koszt założenia poduszki powietrznej z jej wykonaniem i sprzętem do montażu nie przekroczył 3 tys. zł (2008 r).
Nie przeprowadzono szczegółowych wyliczeń (a szkoda), jakie uzyskano po zamontowaniu poduszki na okres grzewczy i oszczędności w ogrzewaniu kościoła, ale stwierdzono w ciągu minionych kilku lat odczuwalną różnicę w opłatach za ogrzewanie kościoła przy poprawionym komforcie cieplnym wnętrza.
Dodatkowo uzyskano podsuszenie ścian od wnętrza oraz sklepień w nawie bocznej od południa – co zaobserwowano w ciągu ostatnich lat stosowania poduszki w okresie zimowym. Zasadniczym rozwiązaniem osuszenia ścian zewnętrznych kościoła będzie wykonanie izolacji poziomej według opracowanej dokumentacji zatwierdzonej przez starostwo i wojewódzkiego konserwatora zabytków.
Fot. Kopuła kościoła w Jaworzu (fot. Hons084, wikipedia.pl)
Zalety rozwiązania
– prostota i dyskretność konstrukcji stałej (krzyżak) do zawieszania poduszki powietrznej;
– lekkość poduszki przy łatwym montażu i demontażu;
– przepuszczalność światła naturalnego do wnętrza z utrzymaniem wglądu w przestrzeń kopuły;
– niski koszt wykonania;
– rozwiązanie niepowodujące zmian w strukturze zabytkowego obiektu;
– eliminacja wypływu ciepłego powietrza przez „komin”, jakim jest kopuła z tamburem nad transeptem kościoła;
– polepszony komfort cieplny wnętrza;
– oszczędności w wydatkach na ogrzewanie.
Wady rozwiązania
– zmniejszenie wymiany powietrza, co wydaje się w tym przypadku mało istotne przy wysokim wnętrzu (nawy boczne i nawa główna o h ≈ 10 m);
– ograniczenie współczynnika oświetlenia naturalnego wnętrza mimo zastosowania przezroczystej folii PCV.
Autor ma nadzieję, że przedstawione rozwiązanie będzie stosowane w podobnych wnętrzach zabytkowych obiektów, a szczególnie w kościołach, w których warunki ukształtowania wnętrza będą podobne, czyli występuje w nich kopuła.
Kościół pw. Opatrzności Bożej w Jaworzu k. Bielska-Białej
Inwestor: Parafia rzymskokatolicka w Jaworzu
ks. kan. Adam Gramatyka
Projektant: arch. Jerzy Gleń
współpraca konstruktorska: inż. Tadeusz Makulski Realizacja: 2008 r.
Kubatura wnętrza kościoła: ok. 3000 m
Kubatura kopuły z tamburem: ok. 260 m3 (~ 9%)
Poduszka powietrzna:
– średnica 5,30 m
– powierzchnia 22,06 m2
– wysokość 60-80 cm
– obwód 16,6 m
mgr inż. arch. Jerzy Gleń
