Modelowanie budynków - aspekty ekonomiczne

W działalności inwestycyjnej kluczowym zagadnieniem są nakłady ponoszone przez inwestora. Kwestia kosztów użytkownika ponoszonych w całym okresie korzystania z obiektu są najczęściej pomijane. Koszty te rozpływają się wśród rozlicznych płatników, ponoszących je niezależnie od siebie. Tym samym kwoty wydatkowane w trakcie eksploatacji nie mogą podlegać skutecznej kontroli. W przypadku budynków użyteczności publicznej wpływa to bezpośrednio na wysokość kosztów administracji państwowej.

Brak możliwości monitorowania prowadzi do wynikowej konfrontacji z kosztami użytkowania budynku, które tylko wycinkowo śledzone są przez bezpośrednich płatników. Współzależności nie są widoczne, a wynikający z nich potencjał oszczędności nie jest wykorzystywany. Własności użytkowe i ich ułomności pojawiają się dopiero w trakcie eksploatacji. W większości przypadków ich ciężar spoczywa na użytkowniku, który stawiany jest przed faktem dokonanym.

Stosowane na końcu procesu inwestycyjnego restrykcje finansowe w stosunku do projektantów lub wykonawców bardzo rzadko przynoszą jakąkolwiek korzyść bezpośrednio zainteresowanym. Spory między podmiotami gospodarczymi w kwestii zwrotu gwarancji bankowych czy zmniejszenia wartości użytkowej obiektu z tytułu nieusuwalnych usterek zaprzątają sądy i rzeczoznawców.

Użytkownik pozostaje w efekcie na lata w niepełnowartościowym budynku, nie mając żadnej możliwości uzyskania z tego powodu jakiegokolwiek zadośćuczynienia. Bezpośredni użytkownik odczuwa z reguły jedynie uciążliwości, nie znając ich rzeczywistej przyczyny. Rosnące wraz ze zużyciem części składowych budynku koszty eksploatacji przenoszone są na najemcę lub właściciela, który nie ma innej możliwości, jak się z nimi pogodzić.

Przy późniejszych pracach remontowych, zmianie najemcy lub właściciela konieczne jest przeprowadzenie pracochłonnej analizy due diligence, która generuje dalsze koszty i stanowi jedynie oszacowanie stanu istniejącego z dokładnością zależną od kompetencji jej autora.

Przy użyciu dostępnych już programów symulacyjnych w połączeniu z wkraczającą coraz szerzej na nasz rynek praktyką modelowania architekt, a z jego wsparciem inwestor mają do dyspozycji narzędzia umożliwiające radykalne zmniejszenie ryzyka ponoszenia kosztów wykraczających poza pierwotne założenia.

Wykonany w trakcie projektowania budynku model służy głównie jako rzeczowa podstawa do wyboru odpowiednich rozwiązań. Stworzona na tej podstawie symulacja określa parametry kosztowo-użytkowe już na etapie koncepcji.

Przeprowadzane w miarę postępu prac projektowych aktualizacje umożliwiają kontrolę dotrzymania pierwotnych założeń. Występujące z reguły w trakcie procesu przetargowego i późniejszej realizacji propozycje wykonawców mogą być należycie oceniane w odniesieniu do całego obiektu. W ten sposób tworzy się podstawa do podejmowania właściwych decyzji w oparciu o czytelne dla inwestora wskaźniki. Subiektywne, bo odniesione tylko do wąskiego zakresu opinie producentów i projektantów branżowych stają się tym samym zbędne.

Poniżej podano prosty przykład wyników symulacji trzech systemów spełniających funkcję ogrzewania i chłodzenia:

• belki indukcyjne (aktywne belki grzewczo-chłodzące),
• stropowe panele grzewczo-chłodzące,
• połączenie stropowych paneli chłodzących z klasycznymi grzejnikami.

Rozpatrywany jest budynek biurowy (rys. 1), projektowany już na etapie koncepcji jako model trójwymiarowy przez wielobranżowy zespół, z aktywnym udziałem inwestora.

Za pomocą kompatybilnego oprogramowania symulacyjnego przeprowadzona została analiza funkcjonalno-użytkowa pozwalająca na zestawienie zrozumiałych dla decydentów kryteriów, które wpływają na koszt i charakter tworzonej budowli. Dla uproszczenia przedstawiono ocenę jednego z elementów budynku, odniesioną do decydującej dla użytkownika powierzchni użytkowej (PU).

Przedstawione liczby oparte są na konkretnych obliczeniach, w przeciwieństwie do panujących powszechnie subiektywnych opinii, opartych nierzadko na jednostkowych doświadczeniach lub zachowawczej obawie przed ryzykiem zastosowania nowych technologii.

Kryteria ekologiczne

W module kryteriów ekologicznych w tab. 1 zawarto wyniki symulacji w okresie rocznym, a w tab. 2 strukturę zużycia energii w budynku.

Kryteria ekonomiczne

W module tym analizowane są koszty w całym okresie użytkowania w okresach dziesięcioletnich. Oprogramowanie umożliwia rozciągnięcie tej analizy na dłuższe okresy, jednak w przypadku odniesienia się do okresów dłuższych niż stosowany nierzadko okres 20 lat wzrasta spekulatywność wyników, ze względu na nieprzewidywalność rozwoju kosztów energii i materiałów budowlanych w tak długim przedziale czasowym.

Wskaźniki zawierają koszty inwestycyjne, serwisowania i utrzymania (tab. 4) oraz koszty energii (tab. 3). W tym przypadku przyjęto dla uproszczenia dostawę obydwu podstawowych rodzajów energii, tj. ciepła i energii elektrycznej z elektrociepłowni.

Koszty uwzględniają oprocentowanie środków kapitałowych i długofalowe prognozy rozwoju cen dostawców energii.

Koszty eksploatacji i utrzymania określa algorytm zakładający empiryczne wartości procentowego udziału wymiany zużytych elementów instalacji, serwisowania, utrzymania porządku i kosztów personelu. Składniki te odnoszą się do kosztów inwestycyjnych (tab. 5).

Kryteria techniczne

W tym punkcie oceniane są walory techniczne poszczególnych systemów.

W przypadku elementów wymiany ciepła negatywna jest konieczność stosowania w wariancie z grzejnikami wyższych temperatur zasilania w okresie zimowym. Ponadto poza sezonem grzewczym ta część instalacji jest praktycznie bezużyteczna.

Ranking systemów wg kryterium technicznego:

• belki indukcyjne – 1,
• panele grzewczo-chłodzące – 1,
• panele chłodzące + grzejniki – 2.

Kryteria funkcjonalne i socjalne

Komfort cieplny

W tym module istnieje możliwość określenia poziomu komfortu cieplnego – w którym człowiek czuje, że jego organizm znajduje się w stanie zrównoważonego bilansu cieplnego, tzn. nie odczuwa ani gorąca, ani zimna.

Dodatkowo komfort termiczny oznacza, że nie występuje żadne niepożądane nagrzewanie lub chłodzenie miejscowe, na przykład chłodzenie karku i szyi przez przeciągi czy nagrzewanie nóg przez ciepło promieniujące ze zbyt gorącej podłogi.

W przypadku pomieszczeń określenie uczucia komfortu jest problematyczne, gdyż jest ono odczuwane indywidualnie i subiektywnie. Coraz częściej jako kryterium wyboru systemu używa się wskaźnika procentu osób niezadowolonych z panujących warunków.

Temperatura odczuwalna

Tradycyjnie uważa się, że miarodajna dla uczucia komfortu jest temperatura powietrza w pomieszczeniu. Pomija się w tym przypadku wpływ promieniowania, który przy powszechnym stosowaniu wielkopłaszczyznowych przeszkleń odgrywa w wymianie ciepła między ciałem człowieka a otoczeniem coraz większą rolę.

W przypadku zachowania odpowiednich proporcji pomiędzy powierzchniami o niższej temperaturze do powierzchni cieplejszych oraz ich rozmieszczenia można istotnie obniżyć temperaturę powietrza, przy jednoczesnym zachowaniu komfortu cieplnego.

Symulacja umożliwia określenie temperatury odczuwalnej w wybranych pomieszczeniach dla rozmaitych systemów i warunków zewnętrznych.

W podobny sposób można określić przebieg temperatury odczuwalnej w pomieszczeniu przy dowolnych warunkach atmosferycznych (rys. 2). Wyniki wskazują, po jakim czasie przy ekstremalnych temperaturach zewnętrznych każdy z systemów nie będzie w stanie dotrzymać warunków obliczeniowych. Symulacja dostarcza zatem argumentów na podjęcie decyzji odnośnie do wyboru droższego, lecz bardziej komfortowego systemu. Umożliwia także obliczenie, w ciągu ilu godzin w roku i o ile mogą być przekroczone temperatury obliczeniowe w pomieszczeniu. Po stwierdzeniu, że jest to znikomy procent godzin w roku, można świadomie zdecydować o wyborze właściwego systemu.

Ranking systemów wg kryterium temperatury odczuwalnej:

• belki indukcyjne – 2,
• panele grzewczo-chłodzące – 1,
• panele chłodzące + grzejniki – 1.

Przeciągi

Problemy z uczuciem dyskomfortu związanego z za dużymi prędkościami powietrza w strefie przebywania ludzi występują najczęściej w okresie letnim, gdy nawiewane jest powietrze o temperaturze niższej od wewnętrznej. Program symulacyjny umożliwia wymodelowanie ruchu powietrza w pomieszczeniu pozwalające na racjonalny wybór odpowiedniego systemu, a ponadto na optymalną lokalizację miejsc pracy (rys. 3a, rys. 3b i rys. 3c).

Jak widać z tego porównania, prędkości spełniające warunki komfortu cieplnego obejmują cały obszar miejsca pracy tylko w przypadku chłodzących elementów stropowych.

Ranking systemów wg kryterium prędkości powietrza w pomieszczeniu:

• belki indukcyjne – 2,
• panele grzewczo-chłodzące – 1,
• panele chłodzące + grzejniki – 1.

Zdolność do adaptacji przy zmianie funkcji

W budynkach biurowych i administracyjnych często występuje potrzeba zmiany geometrii pomieszczeń. Wiąże się to z koniecznością dopasowania instalacji technicznych do nowych, pomniejszonych lub powiększonych przestrzeni.

Panele grzewczo-chłodzące w modułach o szerokości równej odległości między osiami (słupami) stwarzają najmniej problemów adaptacyjnych w przypadku nowego ustawienia ścian.

Belki indukcyjne ze względu na powiązanie z instalacją wentylacji stwarzają najwięcej problemów przy adaptacji systemów regulacji temperatury w pomieszczeniach. Obydwa systemy stropowe wymagają niezbędnych czynności w tym zakresie poza pomieszczeniem w korytarzu.

W przypadku grzejników regulacja przebiega za pomocą lokalnych zaworów termostatycznych, jednak instalowanie grzejników w każdej osi skutkuje nierzadko przewymiarowaniem instalacji. Stosowane bardzo często konwektory podłogowe stwarzają w tym wypadku znacznie większe problemy, gdyż wymagają istotnych zmian w samym pomieszczeniu dla przyporządkowania grup do zmienionej geometrii.

Ranking systemów wg kryterium zdolności do adaptacji:

• belki indukcyjne – 2,
• panele grzewczo-chłodzące – 1,
• panele chłodzące + grzejniki – 3.

Łatwość utrzymania czystości i higieny

Orurowanie grzejników stanowi utrudnienie dla personelu sprzątającego posadzki. Belki chłodzące wymagają periodycznej wymiany filtrów oraz oczyszczenia elementów mających kontakt z powietrzem pomieszczenia.

Zdecydowaną przewagę mają tu panele zintegrowane z konstrukcją szczelnego stropu podwieszonego, niewymagające regularnego czyszczenia.

Ranking systemów wg kryterium zdolności do utrzymania czystości i higieny:

• belki indukcyjne – 3,
• panele grzewczo-chłodzące – 1,
• panele chłodzące + grzejniki – 2.

Podsumowanie

W wyniku analizy inwestor otrzymuje czytelne i poparte obliczeniami porównanie systemów pozwalające na świadome uwzględnienie własnych preferencji w zakresie kosztów inwestycji, poziomu komfortu i kosztów eksploatacji (tab. 7). Stanowi to również istotny wkład w przygotowanie certyfikacji budynku.

Powyższy przykład jedynie obrazuje możliwości wynikające z zastosowania zintegrowanego z modelem budowli systemu symulacji.

Takie same analizy można za jego pomocą przeprowadzić dla innych, istotnych kosztowo, części składowych budynku. Rozpoczęcie tego procesu na etapie koncepcji umożliwia bieżącą kontrolę w trakcie projektowania, wykonawstwa oraz eksploatacji.

Przy sprzedaży budynku nabywca i sprzedający dysponują konkretnym materiałem pozwalającym na rzetelne i klarowne negocjacje cenowe bez konieczności przeprowadzania wspomnianego na wstępie kosztownego due diligence.

W przypadku użytkowników eksploatujących powtarzalne budynki stanowi to nieocenione źródło danych do planowania i optymalizacji kolejnych inwestycji. Na rynku pojawia się różne oprogramowanie, jednak nierzadko wygenerowane wskaźniki, w zależności od kompetencji obsługujących i intencji zamawiającego, różnią się zasadniczo.

W niektórych krajach w trosce o porównywalność ocen funkcjonuje certyfikowane oprogramowanie mające krajową walidację.

Dalszym krokiem jest powierzenie przeprowadzenia tych analiz wyspecjalizowanym, niezależnym jednostkom świadczącym w tym zakresie profesjonalne usługi. W ten sposób można uniknąć „dopasowywania” wyników do potrzeb zamawiającego i zdobyć zaufanie podejmujących ważne decyzje osób i gremiów.

W Polsce istnieje ogromny, nieskażony wieloletnimi nawykami i zachowawczą postawą, potencjał innowacyjny. Wobec nadchodzących w sposób nieunikniony zmian w naszym budownictwie stanowi to szansę na poprawę efektywności i przewidywalności wszelkich zamierzeń inwestycyjnych. 

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!