TAIL – nowy wskaźnik do oceny jakości środowiska wewnętrznego w budynkach termomodernizowanych

ALliance for Deep RENovation in Buildings (sojusz w celu głębokiej termomodernizacji budynków – ALDREN) to międzynarodowy projekt, którego głównym celem było skonsolidowanie, promowanie i wdrożenie rozszerzonej zharmonizowanej procedury opar­tej na europejskim dobrowolnym systemie certyfikacji budynków użyteczności publicznej (European Common Voluntary Certification Scheme for non-residential buildings – EVCS) oraz zestawie odpowiednich instrumentów w celu wspierania i zachęcania do termomodernizacji budynków w całym jej procesie, obejmującym organizację, finanse oraz elementy techniczne.

Jakość środowiska wewnętrznego w procesie termomodernizacji

Wśród specyficznych celów projektu ALDREN znaczące miejsce zajmowało uwzględnienie jakości środowiska wewnętrznego (Indoor Environment Quality – IEQ) w kontekście termomodernizacji. Ten aspekt poprawy standardu energetycznego budynku ma szczególne znaczenie za sprawą art. 2a ppkt g dyrektywy 844/2018, zmieniającej dyrektywę 2010/31/UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków i dyrektywę 2012/27/UE w sprawie efektywności energetycznej [2].

Stanowi on, że:

„1. Każde państwo członkowskie ustanawia długoterminową strategię renowacji służącą wspieraniu renowacji krajowych zasobów budynków [...]. Każda długoterminowa strategia renowacji jest przedkładana zgodnie z mającymi zastosowanie obowiązkami dotyczącymi planowania i sprawozdawczości i obejmuje:
[…]
g) oparte na faktach szacunki spodziewanych oszczędności energii i szersze korzyści, dotyczące np. zdrowia, bezpieczeństwa i jakości powietrza, […]”

Termomodernizacja powinna być zatem przeprowadzona tak, by co najmniej nie powodować pogorszenia jakości klimatu wewnętrznego w stosunku do stanu wyjściowego. Dlatego jednym z ważnych celów projektu ALDREN stało się włączenie zagadnienia jakości środowiska wewnętrznego (IEQ) do zakresu działań przeprowadzanych w procesie głębokiej termomodernizacji budynków w następujących aspektach:

• zapewnienie, że realizowana zgodnie z dyrektywą w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD) termomodernizacja nie będzie pogarszała warunków środowiska w modernizowanych budynkach i pomieszczeniach;
• udokumentowanie jakości środowiska wewnętrznego w budynku po termomodernizacji i ewentualnej jej poprawy;
• oszacowanie potencjalnych dodatkowych korzyści płynących z termomodernizacji, w tym korzyści dla zdrowia i dobrego samopoczucia, a także korzyści finansowych wynikających z poprawy wydajności pracy i zwiększonej wartości rynkowej budynku.

Jakość środowiska wewnętrznego przed i po termomodernizacji musi być szacowana w sposób jednoznaczny i najbardziej adekwatny (tzn. musi być oparta na stanie faktycznym i pomierzonym).

Na podstawie tych założeń powstała propozycja sformułowania nowego wskaźnika, pozwalającego ocenić jakość środowiska wewnętrznego w budynkach, na chwilę obecną tylko w budynkach biurowych i hotelach. Wskaźnik ten nosi nazwę ALDREN-TAIL, w skrócie TAIL [od Thermal Environment (środowisko cieplne), Acoustic Environment (środowisko akustyczne), Indoor Air Quality (jakość powietrza wewnętrznego) i Luminous environment (oświetlenie)].

Zakłada się, że TAIL może się stać jednoznacznym wskaźnikiem (miernikiem) jakości środowiska wewnętrznego przed i po termomodernizacji budynku. Wskaźnik taki do tej pory nie istniał, dlatego twórcy projektu zdecydowali się go stworzyć [4].

TAIL jako jednoznaczny wskaźnik jakości środowiska wewnętrznego – idea i zadania

Ideą stojącą za wprowadzeniem nowego wskaźnika jest konieczność jednoznacznej klasyfikacji jakości środowiska wewnętrznego (IEQ), na którą składają się cztery elementy:

• środowisko cieplne – thermal environment (T),
• akustyka – acoustic environment (A),
• jakość powietrza – indoor air quality (I),
• oświetlenie – luminous (visual) environment (L).

Każdy z tych elementów jest oceniany i klasyfikowany w oparciu o klasy budynkow (klimatu wewnętrznego) zaproponowane przez normę PN-EN 16798-1 [3], gdzie poszczególnym kategoriom przyporządkowane są cyfry rzymskie (I, II, III, IV).

Każda kategoria ma także przyporządkowany kolor (TABELA 1). Kolory wybrane zostały tak, by ich wymowa była jednoznaczna i czytelna dla wszystkich uczestników procesu budowlanego (RYS.).

Całkowita jakość środowiska wewnętrznego (TAIL) odpowiada najniższej spośród kategorii uzyskanych przez poszczególne elementy składowe. Przykładowo, jeśli element I (jakość powietrza) zostanie zaklasyfikowany doć powietrza) zostanie zaklasyfikowany do najniższej kategorii z powodu wysokiej wartości radonu (>  300 Bq/m³), TAIL także wskazuje kategorię najniższą. Takie rozwiązanie pozwala na bezkompromisowość i zapewnia, że wszystkie parametry charakteryzujące jakość środowiska wewnętrznego będą traktowane z jednakową uwagą.

Jak zmierzyć jakość środowiska wewnętrznego, czyli parametry tworzące wskaźnik TAIL

Kluczowym elementem wskaźnika TAIL są parametry go tworzące. Wybrano je w oparciu o następujące kryteria:

• parametry, które mogą ulec zmianie w procesie głębokiej termomodernizacji, nawet bez podejmowania działań dotyczących poprawy jakości środowiska wewnętrznego,
• parametry powszechnie akceptowane jako wskaźniki jakości klimatu wewnętrznego (np. w wytycznych WHO) – mające wpływ na wydajność pracy, zdrowie, samopoczucie i komfort użytkowników budynku,
• parametry łatwe do zmierzenia/wyznaczenia i już stosowane w systemach certyfikacji budynków i normach – tak, by metoda oceny jakości środowiska wewnętrznego była reprezentatywna, adekwatna i jednoznaczna, a jednocześnie możliwe było wyznaczenie wskaźnika TAIL niejako przy okazji certyfikacji wielokryterialnej budynków prowadzonej według głównych systemów, takich jak m.in. Level(s), Well, HQE, DGNB, LEED,
• parametry zgodne ze wszelkimi dokumentami Komisji Europejskiej dotyczącymi standardu energetycznego budynku i związanymi z dyrektywą EPBD oraz wszystkimi normami, których zadaniem jest wspieranie implementacji EPBD, ponieważ TAIL ma być narzędziem wspierającym proces głębokiej termomodernizacji.

Po analizie 13 systemów certyfikacji budynków, normy PN-EN 16798 oraz 14 artykułów naukowych poświęconych wskaźnikom jakości środowiska wewnętrznego zidentyfikowano parametry fizykochemiczne spełniające powyższe założenia [4]. Nie wybrano natomiast parametrów bezpośrednio mierzących komfort, samopoczucie, zdrowie lub wydajność pracy przy użyciu badań kwestionariuszowych. Zdecydowano, by – jeśli to tylko możliwe – TAIL był oparty głównie na pomiarach, a nie na symulacjach.

Wskaźnik TAIL w obecnej formie zawiera 12 parametrów, które opisują jakość środowiska wewnętrznego (TAB. 2):

• temperatura w różnych porach roku [°C] – dla środowiska cieplnego,
• poziom hałasu [dBA] – dla środowiska akustycznego,
• wydatek powietrza [l/s] – dla jakości powietrza wewnętrznego,
• stężenie CO₂ [ppm] – dla jakości powietrza wewnętrznego,
• stężenie formaldehydu [μg/m³] – dla jakości powietrza wewnętrznego,
• stężenie benzenu [μg/m³] – dla jakości powietrza wewnętrznego,
• stężenie pyłu zawieszonego PM2,5 [μg/m³] – dla jakości powietrza wewnętrznego,
• średnie dwumiesięczne stężenie radonu [Bq/m³] – dla jakości powietrza wewnętrznego,
• wilgotność względna powietrza [%] – dla jakości powietrza wewnętrznego,
• widoczny grzyb, pleśń [cm²] – dla jakości powietrza wewnętrznego,
• współczynnik światła dziennego DF [%] – dla oświetlenia,
• natężenie oświetlenia [lx] – dla oświetlenia.

Określono też procedurę metodyki wyznaczenia wskaźnika TAIL, obejmującą m.in.:

• zasady pobierania próbek,
• definicję minimalnej liczby pomieszczeń w budynku, które trzeba pomierzyć,
• szczegóły dotyczące urządzeń pomiarowych i ich minimalnej dokładności,
• konieczność uzupełnienia lub zastąpienia pomiarów modelowaniem albo oceną wizualną,
• zasady analizy wyników pomiarowych oraz modelowania.

TAIL ma uzupełniać, a nie zastępować istniejące sposoby określania jakości środowiska wewnętrznego stosowane w systemach certyfikacji budynków (zawiera parametry zgodne z parametrami występującymi w tych certyfikatach).

Zasadnicza różnica pomiędzy certyfikatami a wskaźnikiem TAIL polega na tym, że parametry składające się na wskaźnik TAIL są równorzędne – nie są im przypisywane mnożniki lub współczynniki wagowe bądź punkty jak w przypadku systemów certyfikacji. Nie ma zatem możliwości „zbilansowania” niższej kategorii jednego elementu uzyskaniem wyższej kategorii dla innego elementu – o ostatecznej kategorii decyduje element o najniższej kategorii.

TAIL może być traktowany jako wskaźnik jakości, ponieważ jego najwyższa kategoria (I) odpowiada najwyższemu poziomowi w wielu istniejących systemach certyfikacji budynków. Wartości (zakresy) parametrów tworzących TAIL zawarto w TABELACH 3–6.

Wskaźnik TAIL umożliwia też wskazanie związanego z jakością środowiska wewnętrznego potencjalnego ryzyka (np. zdrowotnego) występującego w trakcie procesu termomodernizacji – dotyczy to głównie jakości powietrza wewnętrzego – parametr I.

TAIL jako wskaźnik zintegrowany umożliwia porównanie jakości środowiska wewnętrznego przed i po termomodernizacji. Dzięki temu stanowi informację o tym, jak termomodernizacja wpłynęła na jakość środowiska wewnętrznego – a więc może wskazywać nie tylko na pogorszenie, ale też poprawę stanu środowiska wewnętrznego po termomodernizacji.

Metodyka wyznaczania wskaźnika TAIL

Sumaryczna (całościowa) jakość środowiska wewnętrznego (IEQ) wskazywana jest za pomocą cyfry rzymskiej w środku symbolu graficznego wskaźnika. Wartości I, II, III i IV odpowiadają zielonemu, żółtemu, pomarańczowemu i czerwonemu poziomowi jakości parametrów i składowych charakteryzujących każdy element jakości środowiska wewnętrznego wchodzących w skład wskaźnika TAIL. Wybrano wartości liczbowe, by odróżnić je od kolorów używanych do oceny składowych wskaźnika TAIL, oraz po to, by klasyfikacja była spójna z kategoriami środowiska wewnętrznego zdefiniowanymi w normie PN-EN 16798-1 [3], (TABELA 1).

Dla określenia sumarycznego (całościowego) poziomu jakości środowiska wewnętrznego przeprowadza się dwustopniowy proces obliczeniowy. Najpierw określa się jakość parametrów (omówionych powyżej) składających się na wskaźnik TAIL. Następnie, w oparciu o ich poziomy, wyznaczana jest sumaryczna (całościowa) jakość środowiska wewnętrznego.

Poziom jakości parametrów składających się na wskaźnik TAIL wyznaczany jest na podstawie pomiarów przeprowadzanych w poszczególnych pomieszczeniach. Wyniki pomiarów są następnie porównywane z kategoriami określonymi w tabelach (TABELE 3–6), dzięki czemu dla każdego pomieszczenia określa się jakość każdego pomierzonego parametru.

Poziom jakości każdego parametru otrzymuje się, wyznaczając wskaźnik tymczasowy oparty na wynikach pomiarów w różnych pomieszczeniach przeprowadzonych w budynku. Wskaźnik tymczasowy wyznacza się z równania:

gdzie:

   R – waga odpowiedniego poziomu jakości k: 1 dla zielonego, 2 dla żółtego, 3 dla pomarańczowego (bursztynowego) i 4 dla czerwonego,
   O – liczba pomiarów (obserwacji) dla odpowiedniego poziomu jakości k,
   k – liczba poziomów jakości, k ≤  4,
   n – liczba obserwacji (pomiarów), n  ≤  10 (lub więcej).

Następnie szacuje się jakość każdego parametru wg następującej zasady:

• zielony dla wskaźnika tymczasowego z zakresu od 1 do 1,4,
• żółty dla wskaźnika tymczasowego z zakresu od 1,5 do 2,4,
• pomarańczowy dla wskaźnika tymczasowego z zakresu od 2,5 do 3,4,
• i czerwony dla wskaźnika tymczasowego z zakresu od 3,5 do 4.

Wskazane zakresy wskaźników tymczasowych określono dla każdego parametru arbitralnie. Uwzględniono, że do osiągnięcia zielonego wskaźnika tymczasowego konieczne jest uzyskanie zielonego poziomu jakości w większości pomiarów (sześciu na dziesięć w przypadku dziesięciu) i żółtego w pozostałych (czterech na dziesięć), a dla wskaźnika czerwonego w większości pomiarów (sześciu na dziesięć w przypadku dziesięciu) ma dać czerwony poziom jakości, przy pozostałych pomiarach (czterech na dziesięć) na poziomie pomarańczowym.

Stało za tym następujące rozumowanie: jeśli ponad 50% obserwacji wykazuje którykolwiek z tych dwóch poziomów jakości, jest bardziej prawdopodobne, że są to poziomy jakości parametru reprezentacyjne dla danego budynku.

Po wyznaczeniu poziomu jakości dla każdego parametru określa się poziom jakości dla wszystkich czterech składowych wskaźnika TAIL, tj. T, A, I oraz L. Do tego celu przyjmuje się najniższy poziom jakości wśród parametrów definiujących daną składową wskaźnika TAIL.

• Dla składowych T i A będą to odpowiednio najniższe poziomy jakości temperatury i poziomu dźwięku uzyskane przy zastosowaniu wskaźnika tymczasowego.
• Dla I – najniższy poziom jakości uzyskany wśród wszystkich ośmiu parametrów tej składowej, również wyznaczonych przez obliczenie wskaźnika tymczasowego.
• Dla L będzie to najniższy poziom jakości wśród wartości uzyskanych dla natężenia światła i współczynnika światła dziennego.

Jeśli pomiary są prowadzone zarówno podczas sezonu grzewczego, jak i poza nim lub zarówno w dzień, jak i w nocy, o poziomie jakości składowych TAIL decyduje zawsze najniższy wskaźnik tymczasowy.

Po wyznaczeniu poziomu jakości wszystkich czterech składowych całkowity poziom wskaźnika TAIL wyznaczany jest przez wybranie najniższego poziomu jakości spośród tych składowych. Jeśli więc najniższy poziom jakości będzie czerwony, wskaźnik TAIL uzyska wartość IV, jeśli pomarańczowy – III itd.

Opisaną metodę wyznaczania zarówno jakości każdej składowej wskaźnika TAIL, jak i sumarycznej (całościowej) jakości wskaźnika TAIL wybrano ze względu na fakt, że poziom jakości nie może być lepszy niż najniższa jakość każdego z parametrów definiujących składowe wskaźnika.

Zdecydowano, że jakość któregokolwiek z tych parametrów nie może być przedmiotem kompromisu. Takie podejście uznano za słuszne, a jednocześnie stwarzające zachęty do poprawy jakości oraz dążenia do doskonałości i innowacyjności.

Określanie sumarycznej (całościowej) jakości środowiska wewnętrznego w odniesieniu do najsłabszej z jego składowych, i to bez kompromisów, prowadzi do osiągnięcia wyższego poziomu jakości. Kompromisy takie mogą wystąpić w wielu systemach certyfikacji, gdzie niższy poziom jednego parametru może zostać zrekompensowany wyższym poziomem innego [4]. W rezultacie może się okazać, że nie wszystkie współczynniki spełniają daną klasę, poziom czy jakość odpowiednią dla klasy określonej przez system certyfikacji.

Podejście zaproponowane przy określaniu wskaźnika TAIL jest zbliżone do sposobu, w jaki wyznacza się klasę w systemie certyfikacji DGNB lub Green Mark. Jednak i w tych systemach dopuszcza się wyższą klasę lub poziom jakości, nawet jeśli niektóre parametry czy składowe nie spełniają wymogów tej klasy.

Zaproponowane rozwiązanie w celu określania sumarycznej (całościowej) jakości środowiska wewnętrznego stosowane jest też do wyznaczania jakości powietrza zewnętrznego, gdzie najwyższy poziom stężenia zanieczyszczenia jest podstawą do określenia wskaźnika zanieczyszczenia powietrza, a także w przypadku określenia jakości wody.

Jak wspomniano, w przyjętym rozwiązaniu poszczególnym poziomom jakości nie są przyznawane żadne arbitralnie przyjmowane punkty czy wagi, tak jak to jest przeprowadzane w przypadku systemów certyfikacji [4]. Poziomy wynikają z rzeczywistych pomiarów i są spójne z istniejącymi, obowiązującymi normami i wytycznymi. Aby budynek uzyskał wysoką wartość wskaźnika TAIL, odpowiednio wysokie muszą być poziomy jakości wszystkich składowych.

Innym powodem wyboru proponowanego rozwiązania do wyznaczania poziomu jakości jest brak w literaturze informacji o tym, jaką metodą zintegrować poziomy dla różnych składowych jakości środowiska wewnętrznego.

Jak wskazano w [4], typowym rozwiązaniem jest zastosowanie dla różnych składowych jednakowych wag. Oznaczałoby to, że każda składowa wskaźnika TAIL miałaby nadaną wagę 0,25, a całkowity poziom jakości stanowiłby średnią ważoną poziomów jakości poszczególnych składowych. Nie ma jednak wystarczających prac naukowych potwierdzających słuszność tego rozwiązania i może to prowadzić do poważnych błędów w interpretacji.

Jedyne dostępne dane oparte są na ocenach użytkowników, jednak metody zastosowane w tych metodach oceny jakości środowiska wewnętrznego mogą być nieprawidłowe, jeśli sumaryczna (całościowa) ocena poziomu jakości środowiska wewnętrznego wyznacza się w oparciu o pomiary fizyko-chemiczne.

Przyszłość i perspektywy wskaźnika TAIL

Czy wskaźnik TAIL przyjmie się wśród inwestorów? Na pewno pozwala na jednoznaczną ocenę jakości środowiska wewnętrznego, na co zarówno najemcy budynków biurowych, ich użytkownicy, jak i goście hotelowi zwracają coraz większą uwagę. Zaakceptowanie nowego wskaźnika przez rynek zależy m.in. od trudności i kosztów jego wyznaczania.

Pomiary powinny przebiegać według następujących założeń:

• pomiary wykonuje się przed i po termomodernizacji w tym samym sezonie (np. tylko grzewczym) lub w trakcie dwóch sezonów,
• pomiary przeprowadza się w ciągu pięciu lub siedmiu dni, zależnie od rodzaju budynku – dla hoteli jest to tydzień kalendarzowy (np. od środy do środy), a dla biur – tydzień roboczy (od poniedziałku do piątku),
• pomiary przeprowadza się w pomieszczeniach, w których ich użytkownicy spędzają najwięcej czasu.

W porównaniu do innych systemów certyfikacji procedura określenia wskaźnika TAIL nie jest zatem szczególnie długa. Nie wydaje się też bardzo kosztowna – pojedyncza sesja dla budynku we Francji kosztowała ok. 2800 euro, z czego główną część stanowiły koszty pracy: uzgodnienia, wykonanie pomiarów, analiza i raport.

Ponieważ TAIL jest wskaźnikiem nowym (prace projektowe zakończono we wrześniu 2020 r.), konieczna jest jeszcze jego weryfikacja w trakcie pomiarów pilotażowych w budynkach poddanych głębokiej termomodernizacji.

Jeśli wskaźnik zostanie dobrze przyjęty przez rynek, niewykluczone są następujące ścieżki jego rozwoju:

• zastosowanie wskaźnika TAIL do ogólnej oceny jakości środowiska wewnętrznego (nie tylko w powiązaniu z termomodernizacją),
• weryfikacja kategorii poprzez modelowanie i oceny użytkowników,
• zwiększenie liczby parametrów składających się na wskaźnik,
• rozszerzenie zastosowania na inne budynki użyteczności publicznej (szkoły) oraz budynki mieszkalne.

tłum. Joanna Ryńska

Literatura

1. „D2,4 – ALDREN Methodology note on addressing health and wellbeing”.
2. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/844 z dnia 30 maja 2018 r. zmieniająca dyrektywę 2010/31/UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków i dyrektywę 2012/27/UE w sprawie efektywności energetycznej (Dz.Urz.UE L 156/75 z 19.06.2018).
3. PN-EN 16798-1:2019-06, „Charakterystyka energetyczna budynków. Wentylacja budynków. Część 1: Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego do projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków w odniesieniu do jakości powietrza wewnętrznego, środowiska cieplnego, oświetlenia i akustyki. Moduł M1-6” (wer. ang.).
4. W. Wei, P. Wargocki, J. Zirngibl, J. Bendžalová, C. Mandin, „Review of parameters used to assess the quality of the indoor environment in Green Building certification schemes for offices and hotels”, „Energy and Buildings” 209, 2020, 109683.