Od kilkunastu lat, praktycznie codziennie, media zasypują nas doniesieniami o kolejnych ekstremalnych zjawiskach pogodowych, których skutki dotykają mieszkańców mniej lub bardziej odległych zakątków Ziemi. Niestety, coraz częściej dotyczy to również informacji pochodzących z Polski. Czasami sami, obserwując zmiany pogodowe zadajemy sobie pytanie: Co z tym klimatem?

Poszukiwanie naukowego wyjaśnienia obserwowanych zjawisk nie daje jednoznacznej odpowiedzi ale może prowadzić do stwierdzeń, które zostały zawarte w ostatnim Raporcie Międzyrządowego Panelu do Zmian Klimatu (IPCC), w którym m.in. czytamy, że:

1.    Ocieplenie klimatu jest niedwuznacznie wyraźne oraz
2.    Jest wielce prawdopodobne, że większość obserwowanego od połowy XX wieku wzrostu globalnej średniej temperatury wynika ze wzrostu stężenia antropogenicznych gazów cieplarnianych [IPCC, 2007]. 
A więc – klimat się ociepla! Co więcej, mamy w tym swój udział!

I tu pojawia się problem, bo co prawda większość badaczy akceptuje ocieplenie klimatu jako fakt, jednak zasadnicza kontrowersja pomiędzy nimi dotyczy przyczyn ocieplenia. Część z nich uważa, że obserwowane zmiany są wynikiem procesów naturalnych zachodzących w przyrodzie, niezależnych od człowieka, część zaś uważa, że są one konsekwencją działań człowieka. Nie będziemy tutaj roztrząsać wszystkich argumentów zwolenników i przeciwników antropogenicznego pochodzenia zmian temperatury w troposferze natomiast dla zilustrowania problemu warto przytoczyć kilka wartości liczbowych opisujących zmiany obserwowane w atmosferze.

Od połowy XIX wieku średnia temperatura powietrza przy powierzchni Ziemi wzrosła o 0,8°C, w tym w XX wieku o około 0,74°C. W stosunku do epoki przedindustrialnej nastąpił wzrost zawartości CO2 w atmosferze o około 0,01 %. Roczna, antropogeniczna emisja CO2 do atmosfery (wartość z 2007 roku) wynosiła 29 mld ton, co stanowi 0,97% całkowitej masy CO2 w atmosferze. Około 13% światowej emisji CO2 do atmosfery pochodzi z krajów Unii Europejskiej. Aż 36% emisji CO2 w Unii Europejskiej pochodzi z budynków. Jakkolwiek przytoczone fakty wskazywałyby na istotny wpływ aktywności gospodarczej człowieka na zmiany klimatu na Ziemi, to jednak duża część badaczy, analizując zmiany klimatu w przeszłości geologicznej, skłania się ku stwierdzeniu, że najważniejszymi czynnikami wpływającymi na klimat naszej planety jest cykliczna aktywność Słońca oraz zmiany parametrów orbity Ziemi. Gazy cieplarniane nie są dominującym czynnikiem klimatotwórczym [Marks, 2010].

Niezależnie od tego czy przyczyna obserwowanych zmian klimatu Ziemi jest naturalna czy też ma swoje źródło w czynnikach antropogenicznych, jest nieunikniona i jak stwierdza King [2004] „Zmiany klimatu są obecnie najbardziej palącym problemem, przed którym stoimy – poważniejszym nawet od zagrożenia terroryzmem”. W takim razie, jakie działania powinniśmy podjąć, aby jak najlepiej odnaleźć się w zmieniającej się rzeczywistości klimatycznej? Kilka ważnych wskazówek daje Janeczek [2010] w swoim wystąpieniu wygłoszonym na konferencji pt. „Zmiany klimatyczne a potrzeba rewolucji technologicznej XXI wieku”. Profesor wskazał na konieczność:

-    pogłębienia naszej wiedzy o klimacie poprzez badania interdyscyplinarne,
-    unikania potencjalnie negatywnego wpływu na system klimatyczny, poprzez wprowadzenie niedrogich technologii bezemisyjnych (opartych na paliwach konwencjonalnych oraz odnawialnych źródłach energii),
-    podjęcia działań adaptacyjnych do zmian klimatu (np. oszczędzanie energii, ochrona zasobów wodnych, przeciwdziałanie powodziom),
-    podjęcia działań politycznych i prawnych, które winny służyć innowacyjności, a nie dławieniu rozwoju gospodarczego.

Wśród przedstawionych tez bardzo ważnym jest wskazanie na konieczność wprowadzanie niedrogich technologii bezemisyjnych stosowanych np. do produkcji energii. To właśnie wytwarzanie energii jest jednym z ważniejszych „producentów” gazów cieplarnianych. Niedrogich, a więc dostępnych dla każdego, niezależnie od poziomu jego zamożności. Chodzi tu miedzy innymi o kraje rozwijające się, których udział w światowej produkcji i konsumpcji energii gwałtownie wzrasta, a których nie stać na wprowadzanie drogich technologii stosowanych np. w krajach Unii Europejskiej.

Można zadać sobie pytanie, jaki związek ze zmianami klimatu Ziemi, ocieplaniem się klimatu, mają budynki, czy też szerzej – budownictwo? Przecież to przemysł jest głównym winowajcą i udziałowcem w emisji gazów cieplarnianych. Czy na pewno? Poniższy wykres przedstawia finalne zużycie energii w Polsce wg działów gospodarki.

Wynika z niego wprost, że największym konsumentem energii w Polsce (ale również w innych krajach) jest budownictwo! Można powiedzieć, że częściowo winne są temu warunki klimatyczne Polski, które powodują, że w celu utrzymania komfortu termicznego wewnątrz pomieszczeń (temperatura około 20-22°C) konieczne jest dogrzewanie budynków przez 220-240 dni w roku a latem konieczne jest chłodzenie. W związku z tym aż 70% energii dostarczanej do budynku jest zużywane na cele grzewcze i chłodnicze. Niestety budynki nie tylko konsumują 40% produkowanej energii ale także są przyczyną około 40% emisji zanieczyszczeń do atmosfery, zużywają około 68% produkowanej energii elektrycznej, zużywają 12% zasobów słodkiej wody (w tym 88% wody pitnej), wytwarzają około 40% miejskich odpadów stałych i do tego zajmują znaczne powierzchnie. Przytoczone dane odnoszą się do budynków już istniejących, wybudowanych wg obowiązujących standardów, np. dotyczących ochrony cieplnej. Jakie są te standardy w Polsce w porównaniu z kilkoma wybranymi krajami europejskimi przedstawia poniższa tabela.

Jak z powyższego widać, obowiązujące u nas standardy w zakresie ochrony cieplnej budynków, w porównaniu z innymi krajami o zbliżonym do polskiego klimacie, są bardzo łagodne. Budynki budowane wg obowiązujących aktualnie przepisów trudno nazwać energooszczędnymi. W dodatku pozwalamy na to, że tracą one sporo „wyprodukowanego” w nich ciepła. Najwięcej przez wentylację (30-40%), dalej ściany (25-35%), okna (10-15%), dach (8-17%) i wreszcie podłogę na gruncie i strop nad piwnicą (5-10%). Konsekwencją tego jest duże obciążenie dla środowiska jakie niesie za sobą eksploatacja takiego budynku (ale z tego zwykle nie zdajemy sobie sprawy) i wysokie koszty ogrzewania – co dotkliwie odczuwamy w budżecie domowym. Ile nas kosztuje ogrzewanie budynku w zależności od stopnia izolacyjności i zastosowanego źródła ciepła przedstawia poniższa tabela.

Warto tutaj zwrócić uwagę na fakt, że pod pojęciem „dom dobrze ocieplony” zawiera się budynek wybudowany zgodnie z obowiązującymi, a więc niezbyt wysokimi, wymaganiami w zakresie ochrony cieplnej.

Istniejącej sytuacji można przynajmniej częściowo zaradzić modernizując obiekt budowlany poprzez docieplenie ścian i dachu oraz wymianę okien (i drzwi) na bardziej szczelne. Dobrze byłoby też wprowadzić usprawnienia w eksploatowanym źródle ciepła (np. urządzenia regulacyjne) lub kompleksowo zmodernizować wewnętrzną instalację grzewczą. Wszystkie te zabiegi, określane mianem termomodernizacji, prowadzą do wymiernych efektów zmniejszających eksploatacyjną energochłonność budynku.

Nawet tak kosztowna inwestycja, jaką jest wymiana źródła ciepła, przyniesie konkretne korzyści, które po okresie zwrotu, wpłyną na obniżenie rachunków za energię cieplną.

Analizując przytoczone dane dotyczące kosztów ponoszonych przy eksploatacji budynku o niskich parametrach izolacyjności, w którym eksploatuje się przestarzałe urządzenia grzewcze, warto zastanowić się czy nie czas, aby zmienić istniejące przyzwyczajenia (przepisy) w zakresie budowy budynków. Przecież dane zamieszczone w Tab. 1 pokazują, że gdzieindziej (tzn. w innych krajach Unii Europejskiej) już to robią! Zacznijmy więc budować budynki energooszczędne. Problem w tym, że termin budynek energooszczędny nie został zdefiniowany w polskich przepisach budowlanych.  Czym zatem jest? Jest to budynek o konstrukcji zapewniającej minimalne straty energii cieplnej do otoczenia i wyposażony w optymalnie dobrane energetycznie, wysokosprawne instalacje wewnętrzne.

Można pójść jeszcze dalej w dążeniu do oszczędzania energii i wybudować budynek pasywny, który wg definicji Passivhaus Institut z Darmstadt jest obiektem o:
•     racjonalnym kształcie i wysokim stopniu ochrony cieplnej pomieszczeń, w którym straty ciepła prawie w całości kompensowane są przez zyski czerpane z otoczenia i przez ciepło odzyskiwane,
•    przystosowanym do pasywnego ogrzewania słonecznego i wyposażonym w wysokosprawne urządzenia grzewcze i wentylacyjne,
•    w którym łączne jednostkowe zapotrzebowanie na energię  wynosi maksymalnie 30-42 kWh/m2/rok, w tym maksymalnie 15 kWh/m2/rok na ciepło do ogrzewania pomieszczeń,
•    którego koszt inwestycyjny tylko nieznacznie różni się od przeciętnego.

Jeśli wybudujemy budynek w standardzie pasywnym w zbliżonych do Polski warunkach klimatycznych, to wówczas sezon grzewczy skróci się z ponad 200 dni w roku do 120-180 dni.

W maju 2010 roku weszła w życie Dyrektywa 2010/31/UE Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD), która nakłada na kraje członkowskie obowiązek, aby od początku 2019 roku wszystkie nowobudowane budynki publiczne, a od początku 2021 roku, wszystkie nowe budynki powstające w krajach Unii Europejskiej były budynkami o niemal zerowym zużyciu energii. Czym jest budynek o niemal zerowym zużyciu energii wg cytowanej Dyrektywy? Jest budynkiem, który:
•    cechuje się bardzo wysoką charakterystyką energetyczną określoną zgodnie z załącznikiem I do dyrektywy EPBD
•    potrzebuje niemal zerową lub bardzo niską ilość energii, która powinna pochodzić w bardzo dużym stopniu ze źródeł odnawialnych (OZE), w tym energii z OZE wytwarzanej na miejscu lub w pobliżu miejsca lokalizacji obiektu.

Dyrektywa nie podaje jednoznacznych liczbowych kryteriów, które pozwoliłyby zaklasyfikować budynek jako „o niemal zerowym zużyciu energii”. Bardziej szczegółową definicję powinny opracować we własnym zakresie państwa członkowskie, biorąc pod uwagę warunki krajowe, regionalne oraz lokalne. Bardzo ważne jest tutaj wskazanie na konieczność wykorzystywania do zaopatrzenia budynku w energię jej odnawialnych źródeł, tj. słońca, wiatru, wody, ciepła geotermalnego, biomasy. W chwili obecnej w krajach członkowskich trwają intensywne prace nad tworzeniem podstaw formalno-prawnych do wdrożenia postanowień Dyrektywy.
Z punktu widzenia technologicznego, już dzisiaj jest możliwe budowanie obiektów, które do swego funkcjonowania nie tylko nie będą potrzebować zewnętrznych przyłączy energetycznych ale będą produkować nadwyżki energii, którą można sprzedać innym użytkownikom (budynki plus energetyczne). Jednak ze względów ekonomicznych budowa takich obiektów jest w chwili obecnej nieuzasadniona. Warto tutaj jeszcze zwrócić uwagę na jeszcze jeden – poza ekonomicznym – aspekt budownictwa energooszczędnego. Musimy pamiętać, żeby w dążeniu do osiągnięcia maksymalnej efektywności energetycznej, nie zapomnieć o tym, że w budynku będą przebywać jego użytkownicy, którym należy zapewnić odpowiedni standard warunków klimatu wewnętrznego. Dlatego niezbędne jest gromadzenie jak największej ilości danych z pomiarów i obserwacji prowadzonych w istniejących i użytkowanych budynkach wybudowanych w standardzie niskoenergetycznym. Dane te powinny posłużyć do wyciągania wniosków oraz formułowania zaleceń dla wszystkich uczestniczących w procesie projektowania, budowy i eksploatacji budynków w celu osiągnięcia optymalnego poziomu efektywności energetycznej przy zapewnieniu odpowiedniej jakości środowiska wewnętrznego. Pytanie, jak to zrobić skoro budynków wybudowanych w standardzie niskoenergetycznym jest w Polsce niewiele?

W 2005 roku w Katowicach Ligocie rozpoczął się proces rewitalizacji terenów poprzemysłowych na terenach dawnej fabryki urządzeń chemicznych. Teren jaki zastał inwestor – Euro-Centrum SA – nosił liczne ślady przekształceń antropogenicznych:
1.    Zdewastowana powierzchnia ziemi ze zrujnowanymi i porzuconymi obiektami poprzemysłowymi.
2.    Duża emisja zanieczyszczeń gazowych do atmosfery z przestarzałych i będących w złym stanie technicznym kotłów C.O. zlokalizowanych w części obiektów jeszcze użytkowanych.
3.    Niekontrolowany spływ zanieczyszczonych wód po powierzchni terenu.
4.    Zniszczona mechanicznie i zdegradowana chemicznie pokrywa glebowa.
5.    Duże powierzchnie bezglebowe przykryte zróżnicowanymi gruntami antropogenicznymi.
6.    Nieuporządkowana gospodarka odpadami. Lokalne „dzikie” składowiska odpadów i śmieci.
7.    Nieuporządkowana zieleń w słabej kondycji zdrowotnej.
8.    Brzydki krajobraz poprzemysłowy w sąsiedztwie dzielnicy mieszkaniowej.

Po kilku latach, po zakończeniu realizacji inwestycji, uzyskano korzystne dla środowiska zmiany:
1.    Znaczne ograniczenie emisji zanieczyszczeń gazowych do atmosfery po wyeliminowaniu tradycyjnych sposobów ogrzewania.
2.    Znaczne ograniczenie zapotrzebowania na energię w budynkach Euro-Centrum dzięki zastosowaniu innowacyjnych rozwiązań projektowych.
3.    Uporządkowanie gospodarki wodno-ściekowej.
4.    Uporządkowanie gospodarki odpadami.
5.    Odtworzenie pokrywy glebowej na terenach zajętych przez zieleń.
6.    Urządzenie terenów zielonych, które zajmują ¼ powierzchni Parku. Wprowadzenie pasów zieleni izolacyjnej i dekoracyjnej, poprawa stanu zdrowotnego roślin, zróżnicowanie gatunkowe.
7.    Poprawa estetyki krajobrazu w dzielnicy mieszkaniowej – walor środowiskowy oraz społeczny.

W momencie podejmowania decyzji o rewitalizacji terenu poprzemysłowego postanowiono, że modernizowane lub nowo budowane obiekty, tworzące Park Przemysłowy Euro-Centrum, będą w różnym stopniu budynkami energooszczędnymi. Chodziło o zgromadzenie na niewielkiej powierzchni, a więc w porównywalnych warunkach klimatycznych, obiektów, które dzięki zastosowanym zróżnicowanym technologiom, będą żywym laboratorium badawczym (laboratorium budynków), w którym będzie można sprawdzać przyjęte rozwiązania technologiczne oraz badać uzyskane efekty w zakresie efektywności energetycznej oraz standardów jakości klimatu wewnętrznego. W założeniach było też wybudowanie obiektu niskoenergetycznego oraz budynku pasywnego.

Niskoenergetyczny biurowiec w Parku Przemysłowym Euro-Centrum <Fot.1> został oddany do użytku w kwietniu 2009 roku. Jest to budynek, który dzięki zastosowanym rozwiązaniom projektowym i technicznym potrzebuje 32 kWh energii cieplnej do ogrzania 1m2 powierzchni w ciągu roku. Przy projektowaniu budynku chodziło o to, żeby wykorzystując znane i dostępne rozwiązania, umiejętnie połączyć je w spójną całość, która da założony efekt oszczędzania energii a jednocześnie zapewni komfort jego użytkownikom. Chodziło też o to, żeby w sposób maksymalny wykorzystać lokalne warunki środowiskowe, w tym energię ze źródeł odnawialnych.

Projektując budynek, którego zwarta bryła ma wyeliminować niepotrzebne straty ciepła, zwrócono uwagę na jego orientację względem słońca, która powinna zapewnić maksymalne pozyskanie energii słonecznej do dogrzewania pomieszczeń. W tym także celu odpowiednio dobrano wielkość powierzchni ścian zewnętrznych (kumulujących ciepło) w stosunku do powierzchni pomieszczeń wewnątrz budynku, które to ciepło odbierają. W celu ochrony pomieszczeń przed przegrzewaniem w okresie letnim, zainstalowano zewnętrze żaluzje przeciwsłoneczne na oknach ścian południowej i zachodniej, które w sposób automatyczny reagują na zmienne warunki oświetlenia i ogrzewania (można nimi też sterować ręcznie, w zależności od indywidualnych preferencji użytkowników). Dla zapewnienia odpowiedniego oświetlenia wnętrza budynku i wyeliminowania zbędnego oświetlenia sztucznego, zastosowany atrialny układ ciągów komunikacyjnych z przeszkleniem w centralnej części obiektu. Z tych samych powodów pomieszczenia biurowe rozmieszczone są na obwodzie budynku (odpowiedni dostęp do światła dziennego) a pomieszczenia gospodarcze i techniczne w części wewnętrznej. Dla uniknięcia strat ciepła/chłodu zastosowano ponadstandardową izolację ścian, stropu i podłogi oraz trójszybowe okna pasywne, o niskim współczynniku przenikania ciepła. Budynek pozbawiony jest tradycyjnych systemów grzewczych i chłodzących. Ogrzewanie zimą i chłodzenie latem uzyskuje się poprzez stropy grzewczo-chłodzące. Dzięki takiemu rozwiązaniu dla uzyskania komfortu termicznego wewnątrz pomieszczeń wystarczy wprowadzenie do systemu wody o temperaturze 28-30°C zimą oraz około 16-19°C latem. Równomierne rozprowadzanie ciepła i chłodu w budynku uzyskuje się dzięki wentylacji mechanicznej. Centrala wentylacyjna ma dodatkową funkcję polegającą na odzysku ok. 75% ciepła wydalanego z budynku wraz ze zużytym powietrzem (rekuperacja). Dzięki temu, w chłodne dni, powietrze wprowadzone do budynku jest wstępnie ogrzewane przez ciepło pochodzące z usuwanego powietrza. W bilansie cieplnym budynku uwzględnia się także ciepło „produkowane” przez użytkowników pomieszczeń oraz zainstalowany sprzęt.

Źródłem ciepła dla opisywanego budynku jest pompa ciepła typu woda-woda. Dolnym źródłem ciepła dla pompy jest woda gruntowa pobierana w studni geotermalnej z głębokości około 18 m p.p.t. Ma ona przeciętną temperaturę około 8-12°C. Wystarcza to do tego, żeby za pomocą pompy ciepła podnieść ją do temperatury potrzebnej do ogrzewania budynku. Latem wody gruntowe służą do chłodzenia obiektu. Nad bezpieczeństwem budynku i zarządzaniem zainstalowanymi w nim systemami czuwa BMS – System Automatyki Budynkowej, który umożliwia w sposób zdalny kontrolę funkcjonowania obiektu. Posiada on też dodatkową funkcję pozwalającą przechodzić budynkowi w tzw. stan uśpienia, polegający na tym, że pod nieobecność użytkowników, np. w weekendy, automatycznie ograniczane jest zużycie energii elektrycznej i cieplnej. Koszt budowy przedstawionego obiektu był o około 10% wyższy od budynku o podobnej powierzchni i przeznaczeniu, wybudowanego wg obowiązujących w Polsce warunków technicznych. Poniesione wyższe nakłady inwestycyjne zostaną zrekompensowane niższymi kosztami eksploatacji budynku.

Podobne rozwiązania do opisanych wyżej, będą zastosowane w biurowcu o standardzie budynku pasywnego, którego budowa na terenie należącym do Euro-Centrum rozpoczęła się w sierpniu 2011 roku. Dodatkowo będą w nim zainstalowane systemy pozwalające przetwarzać energię promieniowania słonecznego na ciepło (kolektory słoneczne – produkcja ciepłej wody użytkowej) oraz energię elektryczną (baterie fotowoltaiczne – energia elektryczna do zasilania części urządzeń zlokalizowanych w budynku).

Oba opisane obiekty są lub będą przedmiotem badań grup naukowców realizujących wspólnie z Euro-Centrum projekty naukowo-badawcze. Ich rezultaty posłużą do wzbogacenia wiedzy o funkcjonowaniu tego typu budynków, co dzięki prowadzeniu badań w warunkach rzeczywistych na użytkowanych obiektach, będzie stanowić wiedzę unikatową. Niewątpliwie będzie ona wykorzystana przy projektowaniu nowych obiektów budowlanych, spełniających wymogi cytowanej wyżej Dyrektywy. Ale chyba cenniejsze niż wypełnienie zapisów aktu prawnego będzie to, że pozwoli nam budować budynki, które w mniejszym stopniu, niż te eksploatowane obecnie, będą oddziaływać na środowisko. Można powiedzieć, że budynki o rozwiązaniach technicznych podobnych do opisanych, są budynkami nieemisyjnymi, co w kontekście tego co napisano wyżej, jeśli staną się obowiązującym standardem, wydatnie przyczyni się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, a tym samym z czasem, zahamuje niebezpieczne tendencje zmian w klimacie Ziemi.

Na zakończenie, w ramach podsumowania, kilka powodów, dla których warto budować budynki niskoenergetyczne:
1.    Są przyjazne dla środowiska
2.    Są zdrowe i przyjazne dla użytkowników
3.    Są tanie w eksploatacji
4.    Ich koszt budowy nie musi być wyższy od budownictwa tradycyjnego
5.    Przyczyniają się do upowszechnienia nieemisyjnych i odnawialnych źródeł energii
6.    Przyczyniają się do rozwijania i upowszechniania nowych technologii
7.    „Myślą” o przyszłości - odpowiadają na wyzwania idei rozwoju zrównoważonego
I jeszcze jedno stwierdzenie, zdaniem Agnes Vorbrodt-Schurma, wice prezydent Polskiego Stowarzyszenia Budownictwa Ekologicznego (PLGBC) oraz członka World Green Building Council (WGBC) Europe Regional Network Steering Committee, „W chwili obecnej budownictwo jest najbardziej ekonomicznym sposobem redukcji emisji dwutlenku węgla - sektor ten ma możliwość wyeliminować rocznie 3 razy tyle CO2, co inne sektory. A najważniejsze jest to, że można to osiągnąć już dzisiaj dzięki ogólnodostępnej technologii” [www.propertynews.pl, 2011].

Zobacz: dane, tabele, wykresy i rysunki

 Stanisław Grygierczyk
Doktor nauk o ziemi w zakresie geografii,
Koordynator ds. Naukowych i Środowiskowych w Parku Naukowo-Technologicznym Euro-Centrum w Katowicach,
Sekretarz Rady Naukowo-Programowej PNT Euro-Centrum

Buildings are responsible for 36% of CO2 emissions from the countries of the European Union. Also, consume 40% of energy produced. At the same time, most of the existing but also holdings newly built works is not very efficient, which contribute to increasing their negative impact on the environment and adds to the cost of their operation. To prevent this new design features and technology that significantly affects the reduction of energy intensity of housing. Low-energy buildings are not only environmentally friendly but also healthy for their users, cheap to operate, contribute to the development and dissemination of new technologies, including those using renewable energy sources. The cost of their construction must not be higher than traditional buildings. One of the few existing examples of Poland, the buildings of the new type of low-energy office building in the industrial park of Euro-Centrum in Katowice.