Projektowanie zintegrowane – co nas czeka?

• Za parę lat nowe i modernizowane domy mają być tak budowane, by zużywały bardzo mało energii – będą już nie tylko nisko-, ale prawie zeroenergetyczne. Czy zmieni się w związku z tym filozofia projektowania?

Zacznę od tego, że jeszcze mamy problem, jak w warunkach polskich zdefiniować budynek prawie niezużywający energii. Pod tym pojęciem kryją się obecnie dwie możliwości - budynek zeroenergetyczny netto, który będzie produkował energię na potrzeby własne, oraz budynek na pograniczu pasywnego i niskoenergetycznego, czyli zużywający ok. 15–20 kWh/m2a na cele grzewcze.

Nie wiem, czy definicja ostatecznie uwzględniać będzie końcową energię całkowitą, czy całkowitą energię pierwotną zużywaną przez budynek, łącznie z energią elektryczną do zasilania sprzętu AGD, tak jak to ma miejsce w budynkach pasywnych. Problemem zatem jest nie tylko sposób budowania, ale i kwestia nazewnictwa. Obecnie trwają prace na szczeblu krajowym nad opracowaniem właściwych definicji.

Istnieją dwie równoległe i nawet spójne koncepcje. W przypadku budynków prawie niezużywających energii dążymy do maksymalnego, opłacalnego ekonomicznie standardu, czyli bierzemy pod uwagę optymalizację kosztową w cyklu życia budynku. Szukamy optimum, w którym zyski ekonomiczne związane z inwestycją zrównoważą nakłady w cyklu życia budynku.

Bierzemy pod uwagę koszty inwestycyjne, eksploatacyjne, remontów itd. W przypadku budynków, które nazywamy netto zeroenergetycznymi, wprowadzamy dodatkową możliwość uczynienia mieszkańca prosumentem, czyli tym, który będzie produkował energię na potrzeby własne. Nadwyżkę będzie mógł sprzedać, okazjonalnie pobierać też będzie energię z sieci. Chodzi o to, by rosła ilość energii pierwotnej wytwarzanej z OZE lub w wysokosprawnej kogeneracji. Zmieni to filozofię projektowania budynków.

Optymalizacja rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych uwzględniająca life cycle cost analysis (analizę kosztów cyklu życia budynków) będzie moim zdaniem podstawą projektowania. Dotychczas architekt projektował przede wszystkim zgodnie z gustem inwestora, np. dewelopera. Inwestor będzie miał nadal decydujący wpływ, ale projektant zmuszony będzie dążyć do tego, by budynek spełniał znacznie ostrzejsze wymagania pod kątem standardów energetycznych.

Oznacza to np. uwzględnianie orientacji względem słońca, lokowanie okien od strony południowej i ograniczenie ich liczby od północnej, gdzie znajdować się będą głównie pomieszczenia techniczne, czy zapewnianie odpowiedniej izolacji. I tu pojawiają się problemy. Jeśli byśmy mieli korzystać z tradycyjnych izolacji, ich grubość sięgałaby 30–40 cm.

Producenci opracowują zatem nowe materiały na przegrody zewnętrzne, jak np. izolacje transparentne czy próżniowe. Ich powszechne stosowanie spowoduje spadek cen, ale konieczny będzie bardzo staranny montaż. Z kolei do izolacji dachów, stropów i podłóg wykorzystywane będą raczej tradycyjne technologie i materiały.

Jednak głównym celem tych wszystkich zabiegów ma być optymalizacja zużycia energii w całym cyklu życia budynku. Wymagać to będzie projektowania zintegrowanego – czyli powiązania pracy wielu specjalistów już na początkowym etapie. Nad jednym projektem powinna pracować wspólnie cała ekipa - architekt, inżynier konstruktor, projektant instalacji, elektryk, architekt wnętrz, a nawet ogrodnik, gdyż od zagospodarowania otoczenia budynku zależy, jak wiele słońca do niego dotrze.

Na przykład oszklone elewacje wymagają bardzo starannej koncepcji wykorzystania promieniowania słonecznego i niekiedy nawet zieleni zrzucającej liście wtedy, gdy słońce ma ogrzewać wnętrze, czy odpowiednich gzymsów regulujących dostęp promieni słonecznych do przeszklonych wnętrz w zależności od kąta padania, czyli pór roku. Służyć temu mogą też żaluzje, rolety czy zasłony.

Architekci będą mieli wiele różnych możliwości uzyskania zamierzonego efektu energetycznego. Wykorzystywać będą np. pojemność cieplną budynku, zależną od konstrukcji i użytych materiałów, do dyspozycji mają także materiały zmiennofazowe magazynujące ciepło w dzień i oddające je w nocy.

• Jak w praktyce sprawić, by w trakcie projektowania budynku kilku specjalistów z różnych dziedzin dobrze ze sobą współpracowało?

Np. na Politechnice Warszawskiej szkolimy specjalistów w zakresie projektowania zintegrowanego. Powinni oni wiedzieć i widzieć więcej niż klasyczny inżynier danej specjalizacji. Muszą dobrze rozumieć, co robią ich koledzy, integrować pracę specjalistów, kierować zespołami – nawet w przypadku indywidualnych projektów domów jednorodzinnych.

Jeśli budowa opiera się na standardowym projekcie katalogowym, pracuje nad tym zespół, który oferuje różne warianty – np. dla terenów górskich czy nadmorskich. A jeśli w grę wchodzi projekt indywidualny, to taki zespół powinien składać się z architekta, konstruktora, instalatora i specjalisty od integracji, patrzącego kompleksowo na projekt. Koordynatorem może być też architekt, który ma wiedzę o technologiach i instalacjach, tak aby nie doszło do sytuacji, w której konstrukcja uniemożliwi wykorzystanie danej techniki. Pewne konstrukcje i rozwiązania architektoniczne sprawiają, że stosowanie energooszczędnych rozwiązań instalacyjnych nie jest opłacalne.

• Czy nasze domy bardzo się zmienią?

Przede wszystkim będzie się zmieniało zużycie energii – np. energii elektrycznej będzie rosło, gdyż Polacy nadal zużywają jej mało. Zaradzić temu mają nie tyle dodatkowe elektrownie na paliwa kopalne, ile nowe technologie, np. fotowoltaiczne, które pozwalają na przyklejenie przezroczystej folii fotowoltaicznej na szyby budynków, czy różnego typu turbiny wiatrowe, począwszy od małych wiatraków pionowych i poziomych po duże farmy.

Ich stosowanie na terenach zurbanizowanych jest ograniczone, a z drugiej strony mamy stały postęp w rozwoju fotowoltaiki i spadek cen tych urządzeń. Technologia ta już się sprawdziła w budynkach, a wkrótce będzie też wpływać na kształt architektoniczny budynków, ich formę i detale. Z jednej strony dąży się do jak najmniejszej powierzchni bryły, z drugiej do zapewnienia miejsca ogniwom fotowoltaicznym.

Architekci będą musieli jednocześnie zadowolić klienta, często przyzwyczajonego do tradycyjnej architektury. Szukać będą rozwiązania optymalnego pomiędzy kształtem i konstrukcją a możliwościami zastosowania technologii, które zapewnią tanią eksploatację i niskie zużycie energii.

Wyobraźmy sobie taką sytuację: projektant instalacji mówi architektowi, że potrzebuje duże okna i ogród zimowy, a konstruktor na to odpowiada, że nie ma na czym oprzeć tak dużej konstrukcji i co będzie, jak na to spadnie śnieg? Instalator chce mieć jeszcze miejsce na żaluzje i napędy do nich, na co automatyk stwierdza, że muszą one mieć silniki, a racjonalizator podkreśla, że silnik może zużywać tylko tyle a tyle energii i trzeba mu dostarczyć energię własną, odnawialną, a do tego potrzeba ogniw i miejsca dla nich... 

Takich procesów nie da się zautomatyzować, jest tak wiele zmiennych, które wymagają współpracy wielu specjalistów. Rozwiązań również będzie wiele i należy wybrać te, które zadowolą inwestora i artystyczne przekonania architekta. Wszystkie muszą też spełniać wymagania prawne i standardy techniczne.

Moim zdaniem odchodzić będziemy od budowania systemem gospodarczym. Proces budowy będzie musiała przeprowadzać konkretna osoba, ekipa czy firma. Wymagać to będzie zmiany naszych przyzwyczajeń, dlatego proces ten rozłoży się w czasie. Wiele będzie też zależeć od nadzoru budowlanego – czy będzie akceptować knoty, czy nie? 

Ważna będzie też odpowiedź na pytanie, czy cały proces, od projektowania po budowę i montaż urządzeń, ma odpowiednią jakość. Jeśli odpuścimy i będzie jak zwykle, prawo sobie, a praktyka sobie, będzie to rozwiązanie najgorsze. Sądzę jednak, że koszty energii wpłyną na zmianę naszego myślenia i zachowania.

• A co z ciepłownictwem, które opiera się na węglu?

Ciepłownictwo już pracuje nad zmianą oferty – spadać będzie zapotrzebowanie budynków na energię i na samym cieple nie da się już zarobić, zatem firmy ciepłownicze będą oferować usługi energetyczne zapewniające komfort cieplny, chłodzenie, zarządzanie energią w budynkach. Nowe usługi będą możliwe dzięki budowie inteligentnych sieci ciepłowniczych i energetycznych. Przyszłość to integracja budynków i sieci.

• To wszystko będzie możliwe w nowych budynkach, a co ze starymi i remontowanymi?

Modernizacje będą szły w tym samym kierunku. Jednak w niektórych budynkach trudno będzie uzyskać takie standardy, jak w nowych. Z drugiej strony tracimy szanse dla tych budynków, które są obecnie termomodernizowane i osiągają poziom zapotrzebowania na energię cieplną w wysokości ok. 120 kWh/m2a, gdy za parę lat standardem będzie ośmiokrotnie mniejsze zużycie energii. A być może okaże się, że z ekonomicznego punktu widzenia najkorzystniej będzie budować budynki zużywające 50 lub 70 kWh/m2a. Tego jeszcze nie wiemy, prace nad metodologią i krajowym planem redukcji zużycia energii trwają. 

• Naszym sąsiadom udaje się osiągać zakładane poziomy redukcji zużycia energii i czerpania jej z OZE.

Tak, mają dobrze rozbudowane mechanizmy wsparcia takich działań. To efekt spójnej, długoletniej polityki tych państw. Bogaci mogą sobie pozwolić na więcej. Jednak biednego nie stać na byle co. Istnieje pojęcie tzw. ubóstwa energetycznego. Dla sporej części naszego społeczeństwa wydatki na energię to zdecydowanie za duży procent domowego budżetu. Nie można im jednak pomóc rozdawaniem zapomóg.

Środki finansowe powinny być pożytkowane na wspieranie technologii i urządzeń energooszczędnych oraz modernizacje budynków. To pozwoli zmniejszyć bieżące wydatki na energię, a ponadto zaktywizuje całe obszary gospodarki – producentów, instalatorów, projektantów itd. Z czasem wiele małych działań na różnych obszarach doprowadzi do kumulacji efektów energetycznych i ekologicznych. Będzie to także realizacja strategicznego celu państwa – poprawy jakości środowiska. 

Wracając do projektowania zintegrowanego – jego skutkiem będzie zintegrowane zarządzanie obiektami i sieciami. Wielu może się to wydawać dziwne, ale nie unikniemy podwyżek cen energii. Musimy jednak myśleć o tym, jak uniknąć takiej sytuacji, że stać nas będzie tylko na 10 czy 14°C w mieszkaniu czy domu albo będziemy zmuszeni je sprzedać, bo nie stać nas będzie na ogrzewanie. 

W latach 70. i 80. XX wieku budowaliśmy, zwłaszcza na terenach niezurbanizowanych, duże budynki. Ludzie obecnie migrują do miast, a ci, którzy wyprowadzają się pod miasto, budują nowe domy – stare, duże budynki czeka modernizacja albo po prostu się rozsypią. W tych już budowanych domach też mogłoby być lepiej.
Obecnie stosunkowo tanio można osiągnąć standard budynku niskoenergetycznego w zakresie „skorupy” budynku. 

Dołożenie do 15 cm izolacji następnych 5 cm nie pociąga za sobą dużych kosztów, ale już przekroczenie pewnej bariery – np. 30 cm – wymaga zmiany całej technologii i powoduje znaczny wzrost kosztów. Tym samym osiągnięcie następnego progu w obniżaniu energochłonności budynku wiąże się z koniecznością stosowania konkretnych technologii i ponoszenia zupełnie innych kosztów inwestycyjnych. Jak wspomniałem, jest wiele możliwych rozwiązań tego problemu – stosowanie materiałów zmiennofazowych, izolacji transparentnych itd. 

Jednak „skorupa” to nie wszystko. Czołową rolę w nowych i modernizowanych budynkach odgrywać będą instalacje. Szczelne budynki wymagają m.in. dobrego sterowania, żeby możliwe było zapewnienie odpowiedniego klimatu wewnętrznego. Otwiera to pole do popisu zintegrowanym systemom grzewczo-wentylacyjnym, m.in. wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, pompom ciepła do podgrzewania c.w.u. korzystającym z wyrzucanego powietrza wentylacyjnego czy kolektorom słonecznym. Urządzenia te nie będą mogły pracować w oderwaniu od innych, będą się musiały wzajemnie uzupełniać. Co więcej, z czasem będą zasilane ogniwami fotowoltaicznymi umieszczanymi na budynkach.

Inny kierunek zmian to domowe źródła energii – mikro- i minikogeneracja na poziomie osiedli i budynków, np. turbiny gazowe zarządzane przez przedsiębiorstwa energetyki cieplnej. Niektórym PEC-om nie będzie się opłacało rozbudowywanie tradycyjnych sieci, tylko budowanie małych, o mocy kilku megawatów, sieci inteligentnych z wysokosprawną kogeneracją. Wiąże się to z kolei z koniecznością produkcji chłodu sieciowego. Latem elektrociepłownie pracują tylko po to, by dostarczyć ciepłą wodę - jeśli będziemy rozwijać lokalną produkcję ciepła i c.w.u. w oparciu o OZE, to zamkniemy drogę rozwoju dużej kogeneracji.

Na obszarach miejskich z dużymi budynkami odnawialne źródła energii nie są w stanie zaspokoić dużego zapotrzebowania, ale na obszarach niezurbanizowanych i nowych osiedlach być może korzystniej będzie czerpać energię lub ją uzupełniać ze źródeł odnawialnych czy choćby z kogeneracji wykorzystującej gaz.

• Co zatem czeka architektów, a zwłaszcza projektantów HVAC, i jak powinni się oni przygotować na zmiany wymogów i filozofii projektowania?

Najtrudniej będzie z inwestorami – trzeba im będzie przekazać sporo wiedzy, przekonać ich do tej nowej filozofii. Architekci dostosują się szybko. Ważne jest kształcenie, np. na wspomnianych przeze mnie studiach inżynierii zrównoważonego rozwoju na PW student architektury uczęszcza na zajęcia na inżynierii lądowej, zarządzaniu i inżynierii środowiska. 

Dla tych, którzy już funkcjonują na rynku pracy, istnieją studia podyplomowe. Kształcenie koncentruje się jak na razie wokół specjalności audytora i certyfikatora – kierunki uwzględniające zintegrowane projektowanie będą się rozwijać. Istnieje też wiele inicjatyw europejskich dotyczących podnoszenia kwalifikacji, np. w KAPE prowadzimy w ramach inicjatywy „Build up Skills” projekt BupS, którego zadaniem jest m.in. uporządkowanie systemu szkolenia i doszkalania pracowników budowlanych, a także wprowadzenie do programów szkoleniowych zagadnień związanych z zastosowaniem technologii OZE i rozwiązań zwiększających efektywność energetyczną. 

Musimy jednak pamiętać, że w tym wszystkim najważniejszy jest człowiek. Dla niego będą powstawać budynki, w których ma się czuć komfortowo i które – zarówno w trakcie budowy, jak i eksploatacji – nie będą negatywnie oddziaływać na środowisko.