Budownictwo zrównoważone – wybrane aspekty

*****
W artykule przedstawiono ogólne zasady projektowania budynków z uwzględnieniem zasad budownictwa zrównoważonego.

Sustainable construction - selected aspects

The article presents general principles of building design with a focus on sustainable construction principles.
*****

Budownictwo zrównoważone stara się przede wszystkim uwzględnić aspekty: ekonomiczne, społeczne i środowiskowe, aby zaprojektować i wykonać zrównoważone i ekologiczne rozwiązania budowlane.

Idea budownictwa zrównoważonego

Budownictwo zrównoważone, zwane także budownictwem ekologicznym lub budownictwem przyjaznym dla środowiska, skupia się na zmniejszeniu negatywnego wpływu budynków na środowisko naturalne i zdrowie ludzi. W tym celu stosuje się m.in. ekologiczne materiały budowlane, które są bardziej przyjazne dla środowiska niż tradycyjne materiały budowlane, a także podejmuje się działania zmierzające do zwiększenia efektywności energetycznej budynków, ograniczenia zużycia wody i wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych [1, 2].

Czytaj też: Biurowce w służbie bioróżnorodności miast? Tak!

W aspekcie budownictwa zrównoważonego bardzo ważne jest podejście całościowe i uwzględnienie wszystkich aspektów procesu budowlanego, od projektowania, poprzez budowę, po użytkowanie i utrzymanie budynku. Budownictwo zrównoważone staje się coraz popularniejsze ze względu na rosnącą świadomość ekologiczną społeczeństwa i potrzebę ochrony środowiska naturalnego [3].

Wg autorów pracy [4–7] w projektowaniu i wykonaniu budynków o niskim zużyciu energii bardzo ważne jest zastosowanie jasnych i precyzyjnych zasad, które wynikają zarówno z projektowania architektonicznego i urbanistycznego, jak i z podstawowych zasad fizyki budowli. Ponadto, konieczne jest wykorzystanie nowoczesnych i specjalistycznych narzędzi numerycznych, takich jak oprogramowanie do modelowania 3D, symulacji energetycznych i analizy termicznej, które pozwalają na dokładne (miarodajne) planowanie i projektowanie budynków niskoenergetycznych.

Zgodnie z pracami [8, 9] można stwierdzić, że właściwe dobranie materiałów budowlanych w procesie projektowania budynków to ważny element zrównoważonego budownictwa, ponieważ może wpłynąć na wiele aspektów, takich jak jakość powietrza wewnętrznego, zużycie energii i wody, emisję związków szkodliwych, a także na całkowity koszt budowy i eksploatacji budynku. Dlatego w budownictwie zrównoważonym stosuje się materiały o niskiej emisji substancji szkodliwych, pochodzące z odnawialnych źródeł, które są trwałe i mają niski nakład energetyczny w procesie produkcji. Należy również dobierać materiały w sposób dostosowany do konkretnego zastosowania, aby uniknąć nadmiaru lub niedoboru materiałów, które mogą prowadzić do niepotrzebnych kosztów i marnowania zasobów.

Reasumując, budownictwo zrównoważone charakteryzuje się szeregiem cech, które mają na celu zmniejszenie negatywnego wpływu budynku na środowisko naturalne oraz zwiększenie efektywności energetycznej budynków. Na RYS. 1 zestawiono cechy charakterystyczne budynków zrównoważonych.

Dążenie do zrównoważonego budownictwa wymaga podejścia wielokryterialnego oraz uwzględnienia różnych czynników, takich jak koszty cyklu życia budynku, efektywność energetyczna, ochrona środowiska i zdrowie użytkowników.

Wybrane międzynarodowe systemy certyfikacji energetycznej zrównoważonych jednorodzinnych budynków mieszkalnych

Wśród międzynarodowych systemów certyfikacji energetycznej budynków można wymienić wielokryterialny system certyfikacji BREEAM (ang. Building Research Establishment Environmental Assessment Method). System ten przeznaczony jest do oceny zrównoważonej budowy i eksploatacji budynków, który pochodzi z Wielkiej Brytanii. Jego początki sięgają 1990 r. i jest to jeden z najbardziej popularnych i uznanych systemów certyfikacji energetycznej budynków mieszkalnych na świecie [3, 12].

System certyfikacji BREEAM ocenia różne aspekty związane z budynkiem, takie jak efektywność energetyczna, gospodarka wodna, jakość powietrza, użytkowanie gruntów (zagospodarowanie działki), transport, materiały i odpady oraz innowacyjność. W każdej z tych dziedzin BREEAM określa szereg wymagań, które muszą być spełnione, aby budynki mogły otrzymać certyfikat. Obejmuje on nie tylko wymagania związane z procesem budowlanym, ale także ocenę efektywności energetycznej budynku jako całości. Główne obszary oceniania w ramach certyfikacji budynków zestawiono na RYS. 2.

System BREEAM oferuje kilka poziomów certyfikacji budynków, w zależności od spełnienia określonych wymagań. Najwyższy poziom to Outstanding (jeśli uzyska 85 punktów lub więcej), a następne to Excellent (przy uzyskaniu od 70 do 84 punktów), Very Good (od 55 do 69 punktów), Good (od 45 do 54 punktów) i Pass (od 30 do 44 punktów) [12].

Warto zaznaczyć, że wymagania poszczególnych obszarów mają różną wagę, a niektóre z wymagań są obligatoryjne, co oznacza, że ich niespełnienie prowadzi do utraty punktów. Przykładowo, w kategorii „Energia” obowiązkowe wymagania to m.in. zastosowanie systemów pomiaru zużycia energii oraz stosowanie energii odnawialnej na poziomie co najmniej 10% zapotrzebowania na energię.

Certyfikacja BREEAM może pomóc właścicielom budynków w osiągnięciu lepszej efektywności energetycznej i zmniejszeniu wpływu na środowisko naturalne. Jest to także istotne dla użytkowników budynków, którzy chcą korzystać z ekologicznie zrównoważonych i przyjaznych dla zdrowia przestrzeni mieszkalnych.

Innym powszechnym i cenionym na świecie systemem certyfikacji m.in. budynków mieszkalnych jest amerykański system certyfikacji energetycznej LEED (ang. Leadership in Energy and Environmental Design). Jest to program oceny i certyfikacji budynków zgodnych z wymaganiami budownictwa zrównoważonego.

Program certyfikacji LEED został opracowany przez amerykańską organizację non-profit U.S. Green Building Council (USGBC) i jest stosowany na całym świecie, jako wiodący standard dla budynków zrównoważonych [13].

Certyfikacja LEED ocenia wpływ budynku na środowisko oraz wpływ na zdrowie i komfort jego użytkowników. Przedstawiany system ma kilka wersji, w tym jedną dla budynków mieszkalnych (LEED for Homes).

Aby uzyskać certyfikat dla budynku, musi on spełniać określone wymagania w różnych kategoriach, takich jak: efektywność energetyczna, zużycie (oszczędność) wody, jakość powietrza wewnętrznego (mikroklimat), wykorzystanie ekologicznych materiałów budowlanych podczas wznoszenia budynku, lokalizacja i transport, zrównoważone zagospodarowanie terenu (działki budowlanej) i innych czynników wpływających na środowisko naturalne.

Proces uzyskania certyfikatu LEED for Homes dla budynku mieszkalnego obejmuje przeprowadzenie audytu budynku przez niezależnego certyfikatora LEED, który ocenia jego zgodność z wymaganiami systemu. Certyfikacja budynku obejmuje kilka kroków, w tym rejestrację projektu, weryfikację projektu, ocenę projektu, a następnie udzielenie certyfikatu poziomu: Certified, Silver, Gold lub Platinum. W przypadku pozytywnego wyniku audytu budynek otrzymuje określony rodzaj certyfikatu LEED, który może wpłynąć na jego wartość rynkową i przyciągnąć ekologicznie świadomych klientów. Wobec powyższego certyfikacja LEED uwzględnia również aspekty ekonomiczne budownictwa zrównoważonego.

System LEED dla budynków mieszkalnych stawia na zrównoważony rozwój, dbałość o środowisko i zdrowie mieszkańców. Dzięki temu LEED for Homes to inwestycja w przyszłość, która pozwala osiągnąć znaczne oszczędności energetyczne i środowiskowe.

Oprócz certyfikatów energetycznych BREEAM i LEED na arenie międzynarodowej istnieją także inne systemy certyfikacji budynków i komponentów budowlanych, takie jak [14, 15]:

• Passive House – niemiecki system certyfikacji, który skupia się na zapewnieniu maksymalnej efektywności energetycznej w budynkach poprzez minimalizację zużycia energii na ogrzewanie i chłodzenie. Certyfikacja Passive House wymaga spełnienia bardzo restrykcyjnych standardów dotyczących izolacji termicznej, wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, uszczelnienia przegród budowlanych i innych kwestii technicznych,
• DGNB – niemiecki system certyfikacji, który ocenia zrównoważone aspekty projektowania, budowania i użytkowania budynków. DGNB ocenia budynek w kategoriach takich jak: jakość powietrza, zużycie energii, zarządzanie wodą, materiały budowlane, transport i wiele innych czynników,
• MINERGIE^® – szwajcarski system certyfikacji, który skupia się na minimalizacji zużycia energii w budynkach. MINERGIE^® wymaga, aby budynek zużywał co najmniej 25% mniej energii niż budynki zgodne z obowiązującymi przepisami. Certyfikacja MINERGIE^® jest dostępna zarówno dla budynków mieszkalnych, jak i niemieszkalnych,
• HQE (Haute Qualité Environnementale) – francuski system certyfikacji, który ocenia zrównoważone aspekty budynków, takie jak jakość powietrza, zużycie energii, gospodarka odpadami, transport i inne kwestie. HQE ma różne poziomy certyfikacji, w zależności od liczby punktów zdobytych w procesie oceny.

Reasumując, wszystkie wymienione systemy certyfikacji skupiają się na różnych aspektach zrównoważonego rozwoju i mają różne kategorie oceny. Certyfikacja budynków i komponentów budowlanych w ramach tych systemów może być korzystna dla środowiska naturalnego oraz dla użytkowników budynków. Wymienione systemy certyfikacji mają na celu promowanie budynków energooszczędnych, przyjaznych dla środowiska i użytkowników. Budynki certyfikowane są wyposażone w zaawansowane systemy kontroli energii i oświetlenia, wykorzystując m.in. energię słoneczną, geotermalną i wiatrową oraz wykorzystując materiały i technologie przyjazne dla środowiska zgodnie z zasadami budownictwa zrównoważonego.

Reasumując, wszystkie wymienione systemy certyfikacji skupiają się na różnych aspektach zrównoważonego rozwoju i mają różne kategorie oceny. Certyfikacja budynków i komponentów budowlanych w ramach tych systemów może być korzystna dla środowiska naturalnego oraz dla użytkowników budynków. Wymienione systemy certyfikacji mają na celu promowanie budynków energooszczędnych, przyjaznych dla środowiska i użytkowników. Budynki certyfikowane są wyposażone w zaawansowane systemy kontroli energii i oświetlenia, wykorzystując m.in. energię słoneczną, geotermalną i wiatrową oraz wykorzystując materiały i technologie przyjazne dla środowiska zgodnie z zasadami budownictwa zrównoważonego.

Analiza parametrów fizykalnych przegród zewnętrznych elementów obudowy budynku jednorodzinnego

Do analizy wybrano budynek mieszkalny jednorodzinny (RYS. 3–4). W wyniku przeprowadzonych obliczeń wartości współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych budynku jednorodzinnego, które zestawiono w TABELI 1, oceniono wg kryterium ochrony cieplnej budynku sformułowanym w rozporządzeniu [16].

Obliczenia parametrów fizykalnych budynku (wg procedur opisanych m.in. w pracy [17]) są niezbędne i obligatoryjne do sprawdzenia wymagań prawnych [16] związanych z ochroną cieplną budynku oraz w zakresie oszczędności energii, ochrony przed zawilgoceniem i korozją biologiczną przegród budowlanych. Wyniki obliczeń zestawiono w TABELI 2.

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń opracowano karty katalogowe rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych złączy budowlanych, które powinny być wykorzystywane np. na etapie projektowania współczesnych budynków.

Analiza parametrów charakterystyki energetycznej analizowanego budynku jednorodzinnego

Do wyznaczenia parametrów charakterystyki energetycznej analizowanego budynku przyjęto następujące założenia projektowe:

• budynek mieszkalny jednorodzinny, jednokondygnacyjny z garażem w bryle budynku, niepodpiwniczony, wykonany w technologii murowanej (RYS. 3–4),
• budynek zlokalizowany w miejscowości Bydgoszcz, zgodnie z normą PN-EN 12831:2006 [18], II strefa klimatyczna, temperatura zewnętrzna te = -18°C,

• temperatura obliczeniowa ogrzewanych pomieszczeń wg § 134.2. WT 2021 [16],
• parametry techniczne budynku (powierzchnia o regulowanej temperaturze, kubatura, powierzchnia i obwód podłóg, powierzchnia zabudowy, układ funkcjonalny, usytuowanie budynku względem stron świata, strefy cieplne, źródła energii (ciepła) centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej, rodzaj ogrzewania, system wentylacji, systemy techniczne) przyjęto zgodnie z opisem technicznym i rysunkami architektoniczno-budowlanymi [19],
• budynek poddany próbie szczelności na przenikanie powietrza zgodnie z załącznikiem 2, ust. 2.3 do rozporządzenia w sprawie warunków technicznych WT 2021 [16],
• wartości średniej sezonowej sprawności wytwarzania ciepła z nośnika energii lub energii dostarczanych do źródła ciepła i sprawności regulacji + pozostałe parametry przyjęto zgodnie z rozporządzeniem [20],
• wartości współczynników przenikania ciepła U przegród budowlanych nieprzezroczystych i przezroczystych (TABELA 1),
• wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ przyjęto na podstawie wykonanych obliczeń parametrów fizykalnych wybranych złączy (TABELA 2),
• obliczenia trzech wybranych wariantów projektowanej charakterystyki energetycznej budynku jednorodzinnego (TABELA 3) wykonano wg metodologii opracowywania świadectw charakterystyki energetycznej budynku [20], przy zastosowaniu programu komputerowego ArCADia-TERMOCAD Audyt 9 [19].

Wyniki obliczeń dla trzech analizowanych wariantów budynku jednorodzinnego zestawiono w TABELI 4.

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń można sfomułować następujące wnioski:

• analizowane warianty obliczeniowe budynku jednorodzinnego wskazują, jak zmienia się projektowana charakterystyka energetyczna budynku (wskaźniki energetyczne EU, EK, EP) ze względu na sposób wytwarzania energii (cieplnej) i rodzaj systemu wentylacji, przy stałej obudowie budynku w technologii murowanej (niezmieniającej się izolacyjności termicznej przegród budowlanych),
• wartość zużycia energii użytkowej EU potrzebnej do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem jest na racjonalnie niskim poziomie,
• spełniono kryterium w zakresie oszczędności energii dla analizowanego budynku (wskaźnik EP) dla wszystkich trzech wariantów obliczeniowych,
• w budynku zastosowano wysoką izolacyjność cieplną przegród budowlanych i ich złączy, co pozwala na utrzymanie stałej temp. wewnątrz budynku i minimalizację strat ciepła zimą oraz utrzymanie odpowiedniego komfortu cieplnego w okresie letnim,
• zminimalizowano wpływ mostków cieplnych (liniowych i punktowych) w przegrodach budowlanych (projektowanie złączy budowlanych przy zastosowaniu programu komputerowego),
• zastosowano nowoczesne i wysokosprawne systemy instalacyjne.

Podsumowanie i wnioski końcowe

Budownictwo zrównoważone ma na celu minimalizację negatywnego wpływu budynków na środowisko naturalne oraz zapewnienie komfortu i bezpieczeństwa użytkownikom, poprzez zastosowanie ekologicznych materiałów budowlanych oraz poprawę efektywności energetycznej budynków. Zrównoważone budownictwo uwzględnia również aspekty społeczne i ekonomiczne, aby opracować (zaprojektować) zrównoważone i ekologiczne rozwiązania budowlane.

Zgodnie z zasadami budownictwa zrównoważonego, aby osiągnąć wysoki standard efektywności energetycznej budynku, należy kompleksowo podejść do projektowania niskoenergetycznych budynków jednorodzinnych. W tym celu należy zastosować energooszczędne rozwiązania architektoniczne, konstrukcyjne i materiałowe budynku oraz jego wysokosprawne systemy techniczne, instalacyjne, w tym wykorzystujące odzysk ciepła i odnawialne źródła energii, np.: słonecznej, wiatrowej, geotermalnej.

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń i analiz można stwierdzić, że w analizowanym budynku jednorodzinnym zostały zastosowane m.in. następujące zasady budownictwa zrównoważonego:

• budynek zaprojektowano w standardzie energooszczędnym (niskoenergetycznym); zmniejszenie energochłonności w tym obszarze sprzyja oszczędnemu wykorzystywaniu zasobów energetycznych oraz realizacji koncepcji ochrony środowiska naturalnego i zrównoważonego rozwoju; pozwala to także obniżyć koszty eksploatacji budynku,
• zastosowano odnawialne źródła energii (OZE), co ogranicza emisję związków szkodliwych i gazów cieplarnianych do środowiska,
• zastosowano optymalne rozwiązania architektoniczne (zwarta bryła budynku, usytuowanie względem stron świata), konstrukcyjno-materiałowe (m.in. stropodach zielony) oraz instalacyjne (w tym wykorzystujące odzysk ciepła),
• zastosowano technologię tradycyjną murowaną wznoszenia budynku, co umożliwia redukcję zużycia materiałów budowlanych oraz ponowne ich wykorzystanie; dzięki temu zmniejsza się zużycie nowych surowców i redukuje się ilość odpadów,
• zaplanowano gromadzenie wody opadowej do nawadniania oraz odzysk wody „szarej” (ograniczono zużycie wody), co jest ważne dla ochrony środowiska naturalnego.

Literatura

1. A. Kaliszuk-Wietecka, „Budownictwo zrównoważone. Wybrane zagadnienia z fizyki budowli”, PWN, Warszawa 2017.
2. M. Kośla, „Zielone budownictwo – ekologiczne projektowanie, nowoczesne technologie i energooszczędne materiały”.
3. S. Belniak, M. Głuszak, M. Zięba, „Budownictwo ekologiczne. Aspekty ekonomiczne”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.
4. K. Pawłowski, P. Krause, M. Sztubecka, Sz. Topoliński, M. Nakielska, A. Bujarkiewicz, M. Mrówczyńska, J. Sztubecki, „Budownictwo zrównoważone: wybrane aspekty projektowe i wykonawcze” t. 1, Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, Bydgoszcz 2017.
5. „Budownictwo zrównoważone: wybrane aspekty projektowe i wykonawcze”, t. 2, praca zbiorowa pod red. K. Pawłowskiego, Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, Bydgoszcz 2017.
6. T. Błaszczyński, B. Ksit, B. Dyzman, „Budownictwo zrównoważone z elementami certyfikacji energetycznej”, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2012.
7. J. Sowa, „Budynki o niemal zerowym zużyciu energii”, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2017.
8. L. Czarnecki, M. Kaproń, „Definiowanie zrównoważonego budownictwa” cz. 1, Wydawnictwo SIGMA-NOT, Warszawa 2010.
9. „Poradnik w zakresie poprawy charakterystyki energetycznej budynków”, praca zbiorowa, Ministerstwo Rozwoju i Technologii, Warszawa 2022.
10. Sz. Firląg, „Zrównoważone budynki biurowe. Projektowanie – Uwarunkowania prawne – Rozwiązania technologiczne”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2021.
11. M. Ramczyk, „Podstawy prawne wykorzystania odnawialnych źródeł energii w budownictwie. Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym”, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2019.
12. Strona internetowa: https://bregroup.com/products/breeam/(dostęp 16.03.2023 r.).
13. M. Mokrzecka, „Międzynarodowe systemy certyfikacji LEED, BREEAM i DGNB. Wstępna analiza porównawcza poparta studium przypadku”, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, Politechnika Rzeszowska, 2015.
14. H. Birgisdóttir, „Lesson learned from testing four different certification methods for buildings, LEED, BREEAM, DGNB, HQE”, Raport 2010, Danish Building Research Institute http://www.vbr.is/files/HarpaBirgisdottir120511.pdf (dostęp 29.03.2023 r.).
15. Strona internetowa: http://www.dgnb-system.de/en/projects/(dostęp: 29.03.2023 r.).
16. Obwieszczenie Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 15 kwietnia 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2022 r., poz. 1225, tj. z późn. zm.).
17. K. Pawłowski, „Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle aktualnych warunków technicznych dotyczących budynków. Obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegród zewnętrznych i ich złączy”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2016.
18. PN-EN ISO 12831:2006, „Instalacje grzewcze w budynkach – Metoda obliczania obciążenia cieplnego”.
19. R. Małkowski, „Studium projektowe budynku jednorodzinnego w świetle wymagań budownictwa zrównoważonego”, praca dyplomowa magisterska napisana pod kierunkiem dr. inż. Krzysztofa Pawłowskiego, Politechnika Bydgoska im. J. i J. Śniadeckich, Bydgoszcz 2023.
20. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej. (DzU z 2015 r., poz. 376); Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju zmieniające rozporządzenie w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (DzU z 2019 r., poz. 1829).