K.P.B. Politechniki Śląskiej Gliwice - Kokotek, 28.09 - 01.10.2000 r.
Jan M IK O Ś 1
BUDOWNICTWO EKOLOGICZNE DZIŚ I JUTRO
1. W p row ad zen ie
P rzełom ty siąclecia je s t o k a z ją do form u ło w an ia pro g n o z i w izji rozw ojow ych.
D o ty c z ą one nauki, w iedzy i techniki w różnych d ziedzinach i hory zo n tach czasow ych.
S ą one przedm iotem dyskusji, konferencji, kongresów , publikacji i książek. F o rm u łu ją j e futurolodzy, pisarze pow ieści fantastycznych i nau k o w cy różn y ch dy scy p lin . Z tych futurologicznych ro zw ażań w y łan ia się św iat w izjo n eró w i św iat u czonych bardziej realistyczny. O b a zaś te św iaty s ą tylko praw d o p o d o b n e i sp e łn ia ją się w pew nym stopniu.
M ając na uw adze to prześw iadczenie zd ecy d o w an o się je d n a k zarysow ać p raw dopodobny rozw ój b u d o w n ictw a w pierw szej połow ie 21. w ieku ze szczególnym u w zględnieniem bu d o w n ictw a m ieszkaniow ego. T a w y p o w ied ź je s t ze sw ej natury o czyw iście dyskusyjna. N ad arza się sposobność nie lada, aby pro w ad zić dy sk u sję na ten tem at. N a tej konferencji z n ajd u ją się najw yższej klasy specjaliści n iem ieccy z fizyki bu d o w li P ro feso ro w ie K. G ertis, J. W illsd o rf i M . S chm idt o raz krajow i fizycy budow li w osobach Profesorów : P. K lem m a, J. P ogorzelskiego, L. Ś liw ow skiego, H. K rausego, T. Z ak rzew sk ieg o oraz w ielu znakom itych p rofesorów i p raco w n ik ó w nauki z zakresu p rocesów b u d o w la n y c h ..
A u to r je s t głęboko przekonany ju ż dziś (a był ju ż w czoraj), że b u dow nictw o przyszłości to b udow nictw o ekologiczne, przyjazne dla o to cze n ia i uży tk o w n ik ó w realizu jące zró w n o w ażo n y rozw ój. Stąd te ż tytuł artykułu.
P rzyszłość tego budow nictw a, je g o rozw ój zarysow ano w trzech stanach i dw óch h oryzontach czasow ych (dziś i ju tro ):
♦ stan obecny,
♦ stan najbliższy (2025 r.),
♦ stan p rzyszłościow y (2050 r.).
H o ry zo n t czasow y m oich rozw ażań dotyczy ty lk o d w óch pokoleń i je d n e g o zaw odow ego życia. W tym czasie m oże się zdarzyć bardzo w iele, ale te ż m o żliw y je s t pow olny rozw ój. B udow nictw o ja k w iadom o je s t d zie d z in ą zachow aw czą. M oja p rzy g o d a z budow nictw em ekologicznym sięga ty lk o 15 lat a ile się ju ż zdarzyło.
Jedno ju ż dzisiaj je s t pew ne. P rzyszły rozw ój b u d o w n ictw a m usi być proekologiczny. M usi w ięc uw zględniać uw aru n k o w an ia śro d o w isk o w e zew n ętrzn e i w ew nętrzne. Problem tylko w ja k im stopniu?
W przedm iotow ych rozw ażaniach w dużym sk ró cie w y ró żn io n o pew ne problem y i zarysow ano w czasie stan ich rozw iązyw ania.
1 P rof. dr inż. K atedra P rocesów B udow lanych P olitechniki Śląskiej
2. B udow nictw o a środ ow isk o naturalne
C elem ekologii je s t zachow anie zdolności ziem i, lasów , w ód i pow ietrza do zap ew n ien ia trw ałego rozw oju ludzkości i utrzym ania w szelkich żyw ych istot.
G o sp o d ark a obecnie nie pozostaje w ró w now adze ekologicznej. N ie je s t zrów now ażona, zużyw a dużo surow ców , energii i niszczy ekologiczne system y przyrodnicze.
B ud o w n ictw o ja k o z natury swej zw iązane je s t z b u d o w ą różnych obiektów , je s t d zied z in ą n iszczącą naturalny porządek ekologiczny. Problem w tym , aby szkody i zaburzenia w środow isku naturalnym były m inim alizow ane. W zrost w ięc gospodarczy m usi być podporząd k o w an y w ym ogom ekorozw oju.
E k o lo g izacja gospodarki m oże się głów nie odbyw ać p o p rzez w d rażan ia innow acyjnych technologii w obszarach i dziedzinach które najw ięcej zanieczyszczają środow isko naturalne. D o nich należy ró w n ież b udow nictw o a zw łaszcza m ieszkaniow e. Stąd konieczność pilnych działań zm niejszających zużycie energii w całym cyklu „życia” obiektów budow lanych od p o zyskania surow ców do recyklingu m ateriałów pochodzących z rozbiórki. System y osadnicze m u sz ą być ekologiczne aby nie zagrażały system om przyrodniczym .
W tej dziedzinie w ostatnim dziesięcioleciu uczyniono sporo rów nież w Polsce.
W ybudow ano szereg oczyszczalni ścieków . P ow stało szereg zakładów odsiarczania spalin i zakładów produkujących gips syntetyczny z od siarczan ia spalin. Z budow ano zakłady produkujące w yroby z tego gipsu. P odjęto prace zw iązane z w ykorzystaniem odpadów i z b u d o w ą szeregu ekologicznych spalarni śm ieci w naszym kraju itp.
Z aległości w tym obszarze są duże i najbliższe lata b ęd ą służyły do ich odrobienia. Procesy integracyjne z E u ro p ą znacznie p rzy śp ieszają ich tem po.
Przyszłość przem ysłu należy do czystych technologii produkcji. To kosztow ny proces i będzie trw ał u nas w kraju w iele dziesiątków lat.
3. B u d ow n ictw o ek ologiczn e i jeg o cele
T erm in „budow nictw o ekologiczne” nie je s t je s z c z e pow szechnie przyjęty zarów no w kraju ja k też za granicą. U żyw a się tego term inu np. w N iem czech
„Ö kologisches B au en ”, „B au ö k o lo g ie”, „G esundes W ohnen” lub innego nazew nictw a.
Przez pojecie „B udow nictw o ekologiczne” autor rozum ie budow nictw o ze zdrow ych i energooszczędnych m ateriałów oparte na energooszczędnych rozw iązaniach oraz energooszczędnych i nie niszczących otoczenia m etodach i technikach realizacji, m ocniej zespolonych z p rzy ro d ą i znacznie m niej zanieczyszczających oto czen ie naturalne niż budow nictw o konw encjonalne (rys. 1 )[4 ]. Jest to pojęcie szersze n iż b u dow nictw o energooszczędne, które nie m usi być zdrow e i nie m usi u w zględniać aspektów ekologicznych.
P rzed budow nictw em ekologicznym p ostaw iono głów ne cele. S ą to:
1. Z n aczn a p o p raw a zdrow otności budynków czyli m inim alizacja p otencjału szkodliw ego dla zdrow ia.
2. Z naczne zm niejszenie obciążenia środow iska naturalnego spow odow anego przez budynki i ich zespoły, czyli m inim alizacja zanieczyszczeń otoczenia.
3. M inim alizacja zużycia energii podczas produkcji w yrobów budow lanych, p odczas w zn o szen ia budynków i w czasie ich eksploatacji.
4. M aksym alne w y k o rzy stan ie energii odnaw ialnej zw łaszcza energii słonecznej.
5. K ształtow anie rozw iązań budynków i ich zesp o łó w z m aksym alnym w y korzystaniem naturalnej roślinności ja k o p łaszcza biologicznego budynków .
B udow nictw o ekologiczne dzisiaj je s t na początku realizacji sw oich celów . B udow nictw o przyszłości to budynki energetyczne (sam o w y starczaln e) i bezem isyjne w ykorzystujące energie odnaw ialną, o raz budynki u k ształto w an e w harm onii z potrzebam i ludzkim i i w ym ogam i ochro n y środow iska.
Rys. 1. S chem at struktury działań w zakresie b u d o w n ictw a eko lo g iczn eg o 4. B u d ow n ictw o en ergooszczęd n e i n isk oen ergetyczn e
4.1. P rzyczyn y rozw iązań n isk oen ergetyczn ych i ek ologiczn ych
B ud o w n ictw o niskoenergetyczne i ekologiczne je s t w yzw aniem X X I w ieku.
Istn ieją dw ie głów ne przyczyny, które z m u sz ą w iele k rajów do intensyw nej budow y w X XI w ieku b u dynków niskoenergetycznych.
P rzyczyna p ierw sza to nad m iar em isji do atm osfery, szkodliw ych d la niej gazów a przede w szystkim dw utlenku w ęgla C 0 2 i dw utlenku siarki S 0 2, pow stających w procesie w y tw arzan ia energii grzew czej i elektrycznej zużyw anych w dużych ilościach przez przem ysł i b udow nictw o zw łaszcza m ieszkaniow e.
O becność dw utlenku w ęg la w atm osferze ziem skiej ja k w iad o m o p o w o d u je zm n iejszan ie się w niej ochronnej w arstw y ozonow ej co prow adzi do p o d w y ższan ia tła term iczn eg o ziem i i tem peratury pow ietrza. W pływ a te ż ujem n ie na z d ro w o tn o ść ludzi i g lo b aln eg o ich zagrożenia.
O becność zaś dw utlenku siarki S 0 2 w atm osferze p ow oduje kw aśne d eszcze a te n isz c z ą ro ślinność i zbudow ane obiekty.
P rzyczyn a d ruga nie m niej w ażn a zm u szająca do w p ro w ad zen ia en ergooszczędnych rozw iązań to m alejące zasoby tradycyjnych su ro w có w paliw ow ych (stałych, p łynnych i gazow ych). P onadto następuje stały w zro st k o sztó w ich w ydobycia, p rzetw arzan ia, tran sp o rtu i dystrybucji. Stąd też w y n ik a stały w zro st cen p aliw i energii.
W P olsce w 1999 r. w zrosły ceny paliw płynnych ponad 50% .
W ym ienione u w arunkow ania s ą w yzw aniem d la tech n o lo g ó w i p rojektantów X XI • w ieku. M u szą oni stale poszukiw ać i stosow ać co raz skuteczniejsze
niskoenergetyczne i ekologiczne system ow e rozw iązania b udow lano-instalacyjne, w y trzy m ałe i o w ysokich w alorach.
W tym przypadku należy stosow ać:
♦ w ytrzym ałe o w ysokich w alorach cieplnych i akustycznych o raz o dużej zdolności aku m u lo w an ia prom ien io w an ia słonecznego, ekologicznie p rzyjazne w yroby służące do w zn o szen ia konstrukcyjnych ścian zew nętrznych,
♦ m ateriały ociep lające o niskiej zdolności przew o d zen ia ciepła, o dużym stopniu p rzew o d zen ia w ilgoci, o relatyw nie w ysokim stopniu tłu m ien ia dźw ięków , niepalne, ekologicznie przyjazne,
♦ szczelne i term icznie odpow iednie niskoenergetyczne okna,
♦ h elioaktyw ne ściany i w y d ajn e kolektory słoneczne lub ich now oczesne zam ienniki,
♦ spraw nie działające system y w ietrzen ia ze szczególnym zw róceniem uw agi na istniejące z odzysku ciepła z pow ietrza w ylotow ego,
♦ energie ze źródeł odnaw ialnych a szczególnie energię słoneczną.
Pracow nicy nauki i projektanci z krajów rozw iniętych gospodarczo w tym N iem cy, podjęli się p rojektow ania budynków energooszczędnych i n iskoenergetycznych kilkanaście lat tem u i m ają w tym zakresie duże osiągnięcia.
4.2. W ym agan ia stan d ard ow e dla bu d yn k ów n isk oenergetycznych
Problem ten om ów iono na przykładzie w ym ag ań niem ieckich [2,3],
W krajach zachodnich pod pojęciem budynku niskoenergetycznego rozum ie się budynek, który zu ży w a 1/3 do 1/4 energii grzew czej, ja k a je s t przew idziana zgodnie z obow iązującym i przepisam i dla now ego budow nictw a. O siągnięcie takich w yników je s t m ożliw e dzięki w ysokiej term oizolacyjności przegród, w yelim inow aniu m ostków cieplnych, szczelnej konstrukcji budynku, efektyw nem u w ykorzystaniu energii słonecznej ja k te ż pozyskiw anie ciep ła ze zużytego pow ietrza w entylacyjnego.
W ym agania standardow e d la budynków niskoenergetycznych dotyczą:
ochrony cieplnej,
zap o trzeb o w an ia m ocy cieplnej, w entylacji,
pow łoki budynku (obudow y), ogrzew ania,
czy n n ik ó w m ających w pływ n a roczne zap o trzeb o w an ia ciepła dla budynku.
W ym agania te z o sta n ą podane w g ustaleń niem ieckich.
O ch ron a cieplna (w ym agan e U , daw n e k) Ściany zew nętrzne < 0,20 W /m 2K
O kna < 1,5 W /m 2K
D ach < 0 ,1 5 W /m 2K
Stropy m iędzypiętrow e < 0,15 W /m 2K Stropy przylegające do p o d ło ża < 0,30 W /m 2K Z ap o trzeb o w a n ie m ocy cieplnej
Z apotrzebow anie m ocy cieplnej o kreśla się w g norm y D IN -4701 i w ynosi dla budynków niskoenergetycznych 25+40 W /m 2.
W en tylacja
K ontrolow ana n aw iew no-w yw iew na w g D IN -1946.
Przy w entylacji naw iew no-w yw iew nej zużycie prądu nie m oże przekraczać 2 0%
p o zy sk iw an ia ciepła.
P ow loką budynku (obudow a)
Przy podciśnieniu 50 Pa w y m ian a p o w ietrza p o w in n a być m n iejsza lub rów na zadanej objętości pow ietrza o g rzew anego p o m ieszczen ia w ciągu godziny.
O grzew an ie
S zybkozm ienny system n isk o tem p eratu ro w y ró w n ież do p rzy g o to w an ia w ody użytkow ej. R oczny stopień w y k o rzy stan ia k o tła pow yżej 85% .
Z m n iejszen ie zużycia energii do o g rzew an ia p om ieszczeń i p rzy g o to w an ia ciepłej w ody w pływ a na zm niejszenie o b ciążen ia śro d o w isk a natu raln eg o p rzez CCL, S 0 2 i inne szkodliw e dla oto czen ia substancje.
C zyn n ik i m ające w p ływ na roczne za p o trzeb o w a n ie ciep ła do ogrzania b udynku
R oczne zapotrzebow anie ciepła je s t to ilość energii, która m usi być d oprow adzona do system u grzew czego, aby p okryć zap o trzeb o w an ie ciepła w ynikającego z b ilan su p om iędzy ciepłem traco n y m z budynku (ciepło przen ik an ia i w entylacyjne) a ciepłem p ozyskiw anym (pasyw nie i w ew nętrznie).
N a roczne zap o trzeb o w an ie ciepła m a w pływ szereg czy n n ik ó w , tj. bu d o w lan e, klim atyczne, zw iązane z ogrzew aniem i w e n ty la c ją i eksploatacyjne.
5. B udynki ek ologiczn e
5.1. W ym agan ia stan d ard ow e dla b u d yn k ów ek ologiczn ych
D otychczas nie o pracow ano ta k ja k dla bu d y n k ó w n isk o en erg ety czn y ch w ym agań standardow ych dotyczących aspektu ekologicznego. N ato m iast op raco w an o zakres i k ry teria certyfikacji ekologicznej. Jest to o p raco w an ie Z espołu n iem ieckiego dla L andu Saksonia z udziałem grupy polskiej.
S fo rm u ło w an ie w ym agań standardow ych d la b udynków nisko en erg ety czn y ch stanow i je d n a k znaczący k rok ró w n ież d la problem atyki ekologicznej.
P ojęcie ekologiczności nie je s t je d n o zn a czn e. Jest to p o jęcie je s z c z e szersze i w ielow ym iarow e niż pojęcie energochłonność. Jest ono nie do k ońca sp recy zo w an e i nadużyw ane a naw et m ylnie używ ane nie ty lk o w budow nictw ie. D ość często budynek en ergooszczędny nazyw a się ekologicznym . To nie s ą p o jęcia to żsam e. B udynek ekologiczny m usi być en ergooszczędny a lepiej je ś li je s t niskoenergetyczny.
Istnieje w ięc p o trzeb a uściślenia teg o p o jęcia i sfo rm u ło w an ia w ym agań standardow ych w tym zakresie. A u to r tego o p raco w an ia podjął ta k ą próbę.
P ro p o n u ję te w y m ag an ia sform ułow ać w zarysie dla p ełn eg o cyklu „życia ekologicznego b u d y n k u ” od p o zyskania surow ców do recyklingu m ateriałów p o chodzących z rozbiórki budynku.
W ym agania standardow e d la budynków ekologicznych dotyczą:
♦ niskiego zu ży cia energii i ochro n y śro d o w isk a naturalnego,
♦ ochrony śro d o w isk a zam ieszkania i pracy przed szkodliw ym o d działyw aniem m ateriałów ,
♦ akum ulacji cieplnej i w ilgotnościow ej przegród i budynków ,
♦ ochrony przed hałasem ,
♦ odpo rn o ści ogniow ej,
♦ łatw ości i ekologiczności procesu rozbiórki i recyklingu.
N iskie zu życie en ergii i ochrona środ ow isk a n atu raln ego
B udynki ekologiczne pow inny zu żyw ać nie w ięcej n iż p ołow ę ('/•>) do p u szczaln eg o zużycia energii określonym i zarządzeniam i i ustaw am i tj. E0 < 60 W /m 2 głów nie z w aru n k u p otrzeby ochrony śro d o w isk a naturalnego.
B udynki ekologiczne w inny być głów nie budynkam i n iskoenergetycznym i i zu żyw ać około 30 W /m 2. Stan ten m oże być osiągnięty za kilkanaście lat.
Z użycie energii i och ro n a środow iska w in n a być an alizo w an a nie tylko w fazie eksploatacji budynku a w fazie pozyskiw ania surow ców , produkcji w yrobów i ich w budow aniu w fazie utrzym ania rem ontów i rekonstrukcji oraz w fazie rozbiórki i ponow nego w ykorzystania m ateriału z recyklingu, te aspekty b ę d ą tro ch ę szczegółow iej om ów ione w oddzielnych podrozdziałach, celem ujaw n ien ia złożoności tego zagadnienia.
O ch ron a środ ow isk a zam ieszk an ia i pracy przed szk od liw ym o d d ziaływ an iem
W tym zakresie sform ułow ano w arunek, że m ateriały i budynki uznane za ekologiczne nie pow inny przekraczać 3 0% w artości progow ych określonych odpow iednim i norm am i, instrukcjam i i zarządzeniam i (np. f < 0,3). D otyczy to g łó w n ie oddziaływ ań szkodliw ych dla zdrow ia.
A k u m u lacja cieplna i w ilgotn ościow a przegród i budynków
P rzegrody i budynki w inny posiadać o k reślo n ą m asę, któ ra g w arantuje d o b rą akum ulację c ie p ln ą oraz d u ż ą w rażliw ość na przyjm ow anie, m agazynow anie i oddaw anie w ilgoci. Te w łaściw ości przegród stab ilizu ją tem peraturę i w ilgotność czyli m ikroklim at w n ętrz budynków .
O ch ron a przed hałasem
P rzegrody i budynek m u sz ą spełniać w ym ogi ochrony przed hałasem zew nętrznym i w ew nętrznym określone odpow iednim i zarządzeniam i, które p rzytoczono w tej publikacji w cześniej.
O d p orn ość ogniow a
O dporność o g n io w a reg u lo w an a je s t też odpow iednim i zarządzeniam i, które m u sz ą być spełnione.
Ł atw ość i ek ologiczn ość procesu rozbiórki i recyklingu
Ta pro b lem aty k a nabiera coraz w iększego znaczenia i pow inny być p rzestrzegane przepisy dotyczące rozbiórki i recyklingu.
Te ty lk o w spom niane problem y, zn acznie szerzej om ów iono w p odręczniku au to ra „B udow nictw o ekologiczne” . W ydanie II, 2000 r. [5], zw łaszcza w ro zd ziale 5 (E kologiczne m ateriały i budynki).
5.2. K ształtow an ie przegród budynków ekologicznych
W budynkach ekologicznych zasadnicze znaczenie m ają przegrody, które w inny być o dpow iednio ukształtow ane.
N a rys.2 p okazano zestaw działań dotyczących u k ształto w an ia p rzegród b udynków ekologicznych.
przegrody i budynku powietrza akustyczna akustyczna mieszkań budynków Energooszczędność
Ukształtowanie ciepłych przegród
i budynków
Zdrowotność
V
Uształtowanie zdrowych przegród
i budynków
Pozyskiwanie energii odnawialnych
U kształtow anie aktyw nych przegród
i budynków
R ys.2. S chem at zestaw u działań dotyczących k ształto w an ia przegród budynków ekologicznych
O becnie nasze działania s ą skon cen tro w an e na u k ształto w an ie ochro n y cieplnej budynków (głów nie oszczęd zan ie energii). P ozostałe d ziałan ia s ą tylko częściow o uw zg lęd n ian e w projektow aniu budynków lub pom ijane.
O ch ro n a klim atyczna budynków nie tylko sp ro w ad za się do ochrony ciep ln ej, ale obejm uje s o b ą ochronę w ilg o tn o ścio w ą oraz kontrolę przep ły w ó w pow ietrza.
P rzepływ y ciepła, pow ietrza o raz w ilgoci przez b udow ane p rzegrody zew n ętrzn e są procesam i nierozerw alnie ze s o b ą zw iązanym i i w inny być rozpatryw ane łączn ie a nie rozdzielczo.
W przegrodach w arstw ow ych te spraw y pow inny być staran n ie rozw ażane.
W pod ejściu system ow ym trzeb a łączn ie rozpatryw ać w y m ag an ia k o m fo rtu i ja k o ś c i pow ietrza w ew nętrznego, z w ym aganiam i dłu g o w ieczn o ści b u d ynków , z o c h ro n ą śro d o w isk a naturalnego.
M ateriały użyte do budow y d om ów nie tylko w inny spełniać o d p o w ied n ie w ym ogi zdrow otne i stały m ikroklim at p om ieszczeń (tem peraturę, w ilg o tn o ść i ja k o ś ć pow ietrza) ale je s z c z e pow inny dobrze pozyskiw ać, m ag azy n o w ać i przekazyw ać energię sło n e c z n ą do w nętrza.
Jak z tego w ynika niew iele system ów budow lanych zn ajd u jący ch się na rynku sp ełn ia w pełni w spom niane w ym ogi. Stąd rodzi się problem ok reślo n eg o k ształto w an ia p rzegród b u dynków ekologicznych.
O ddzielnym problem em je s t kształtow anie bu d y n k ó w eko lo g iczn y ch o zw artej i rozw iniętej do p o łu d n ia form ie w yposażonych w elem enty energetyki sło n eczn ej. To je s t d o m e n ą inżynierów architektów i energetyków słonecznych. Te i inne problem y zw iązane z w ykorżystaniem energii słonecznej w budynkach om ó w io n o szerzej w pracy au to ra [5].
5.3. S top n ie ek ologiczn ości system ów bud ow lan ych i bu d yn k ów
Z ap ro p o n o w an o um ow nie cztery sto p n ie ekologiczności system ów budow lanych:
1. niskoekologiczne, 2. średnioekologiczne, 3. w y sokoekologiczne, 4. w pełni ekologiczne.
W iele technologii i system ów b udow lanych które ch arak tery zu ją się je d y n ie niskim zużyciem energii nazyw a się często „system em ek o logicznym ” .
O czyw iście, że znaczne obniżenie zużycia energii w budynkach przyczynia się do ochrony śro d o w isk a naturalnego, ale najczęściej nie środow iska w ew nętrznego np.
zam ieszkania. Jest to w arunek konieczny ale nie w ystarczający. Stąd takie system y m o g ą być tylko nazyw ane ja k o niskoekologiczne (np. system y z iz o la c ją sty ro p ian o w ą lub system y w traconych szalunkach styropianow ych).
D opiero system y niskoenergetyczne w y k o rzy stu jące zdrow e m ateriały (a nie o bojętne dla zdrow ia) o raz energię o d n aw ialn ą (np. słoneczną) m o g ą być nazyw ane średnioekologiczne.
S ystem y w ysokoekologiczne to system y ju tra . System y przy szło ścio w e to system y w pełni ekologiczne, zużyw ające m in im aln ą ilość energii w całym cyklu „ży cia ek o lo g iczn eg o ” oraz system y w pełni przyjazne dla użytkow ników .
5.4. M ateriały i system y b udow lane
R o zw ażan ia nasze d o ty czą przykładow o m ateriałów ii system ów dla potrzeb głów nie b u d o w n ictw a m ieszkaniow ego niskiego i kilkukondygnacyjnego.
B udow nictw o w ysokie m ieszkaniow e realizow ane je s t i b ędzie w szkielecie żelbetow ym z w ypełnieniem m ateriałam i stosow anym i w b udow nictw ie niskim .
N a krajow ym rynku budow lanym obecnie znajduje się d uża paleta m ateriałów i szereg sy stem ó w bu d o w an ia budynków m ieszkalnych energooszczędnych n iskoekologicznych oraz średnioekologicznych. S ą to system y w w iększości firm ow e, p o chodzenia zachodniego np. Y TO N G , Porotherm , System kanadyjski i inne. S ystem y te o b e jm u ją w y tw arzanie m ateriałów i sposoby z nich b udow ania m ieszkań, lub budow y pew nych ich elem entów .
E kologiczne system y bu d o w lan e i budynki w inny się ch arakteryzow ać następującym i w ym aganiam i:
♦ w yroby uzyskuje się z surow ców p ow szechnie uznanych za naturalne (np. piasek, w apno, glina, gips itp.),
♦ w Produkcji w yrobów zużyw a się m ałe ilości energii a do otoczenia nie s ą w y d alan e żadne szkodliw e odpady produkcyjne obciążające środow isko (tech n o lo g ia czysta ekologicznie),
♦ budynki z tych w yrobów z u ży w ają m ałe ilości energii i s ą ciepłe (budynki en ergooszczędne),
♦ budynki z tych w yrobów stw arzają dobry m ikroklim at dzięki sam oczynnej regulacji stosunków cieplno-w ilgotnościow ych,
♦ budynki p o siad ają w y so k ą izolacyjność akustyczną, są ognioodporne i podczas pożaru nie w y d ziela ją żadnych szkodliw ych substancji oraz nie sp rz y ja ją w arunkom spalania,
♦ budynki ch arak tery zu ją się d o b rą trw ałością,
♦ m ateriały po rozbiórce budynków m o g ą być ponow nie w ykorzystane.
Z a ekologiczne system y bud o w lan e m o żn a uznać system y:
♦ z ceram iki p oryzow anej,
♦ z w y ro b ó w silikatow ych,
♦ z b eto n ó w kom órkow ych,
♦ z gipsu.
6. In teligen tn e a ek o lo g iczn e b u d yn k i 6.1. Istota in teligen cji budynku
O becnie budynki p o strzeg an e s ą ja k o stru k tu ra p asy w n a a n ie dy n am iczn a w sp ierająca u ży tkow ników i u rząd zen ia w niej pracujące. N ajp ierw w y jaśn im y p ojęcie
„in telig en cja budynku.
N asy cen ie b u dynków coraz w ię k sz ą lic z b ą w y so ce specjalizo w an y ch autom atycznych u rządzeń nie stanow i je s z c z e o je g o inteligencji. W tak ich budynkach w szystko dzieje się „sam o ” , do niczego nie p rzykładam y ręki. B u dynek sam d b a o siebie i o użytkow ników .
In telig en cja budynku zaczy n a się tam , gdzie w y stęp u je reak cja na n iep rzew id zian e zm iany w środow isku w ew nętrznym lub otoczeniu. P rzy k ład em reakcji na zm ianę w oto czen iu je s t au to m aty czn a zm ian a u staw ien ia żaluzji przy zm ian ie n asłonecznienia. Przykładem reakcji na zm ian ę w śro d o w isk u w ew n ętrzn y m je s t m o żliw o ść zm iany param etrów klim aty czn y ch pojed y n czeg o p o m ieszczen ia zg o d n ie z n ietypow ym i w ym aganiam i użytkow nika.
Innym aspektem inteligencji budynku je s t um iejętn o ść k o m u n ik o w an ia się z otoczeniem . Tutaj w yróżnia się k o m unikację je d n o s tro n n ą (sy g n aliza cja zag ro żeń ) i d w u stro n n ą (m o żliw o ść zdalnego stero w an ia i zarząd zan ia b udynkiem ). D o p iero takie ro zw iązania, w których b udynek „ro zu m ie” nasze zd aln e p o lece n ia m o g ą k w alifik o w ać się do przy m io tn ik a „in telig en tn y ” .
N ajszersze p ojęcie „inteligencji bud y n k u ” rozum iane je s t ja k o u m iejętność z aaw an so w an eg o „ro zu m ien ia” siebie i o to cze n ia oraz u m iejętn o ść w p ły w an ia na o to cze n ie zg o d n ie z potrzeb am i system u inteligentnego.
In telig en cja budynku m a służyć ludziom , którzy w sw oim d ążen iu do bezp ie czeń stw a i w yg o d y c h c ą m ieszkać w przy tu ln y m d o m u o sterow anych param etrach klim atycznych, p racow ać (m niej ale w y d ajn iej) w ładnym i fu n k cjo n aln y m b iurze i w y p o czy w ać blisko przyrody, lecz bez rezygnacji z ułatw ień. Z drugiej zaś strony, inw estorzy i w łaściciele p rag n ą ek sp lo ato w ać b u d o w le n o w o czesn e i trw ałe, fu n k cjo n aln e i tanie w utrzym aniu.
6.2. B u dynki in teligen tn e a ek ologiczn e
W pro jek to w an iu i budow ie inteligentnych b udynków bardzo w ażnym pojęciem je s t 3 E (E fektyw ność, E k onom ia i E kologia). O zn acza to, że b udynek inteligentny pow inien zu żyw ać ja k najm niej energii (pow inien być en ergooszczędny), p o w in ien być tani w utrzym aniu i co najw ażniejsze nie pow inien zaśm iecać (ró w n ież energ ety czn ie) otoczenia. K orzyści ja k ie osiągam y z budynku inteligentnego w id o czn e s ą dopiero przy k o m pleksow ym i w ielokryterialnym spo jrzen iu n a całość b u d o w y i u ży tk o w an ia budynku.
N a rys.3 p okazano strukturę udziału kosztów p oniesionych na bu d o w ę i ek sp lo atację budynku w g danych U SA [1]. K oszt p o w stan ia budynku w ynosi około 11% k o sztó w w całym cyklu życia budynku. W ty ch 11% ty lk o około 1,5^-2% to koszt
system ów kontrolnych (czyli niew ielka część). Te 2% m a w pływ n a 75% kosztów zw iązan y ch z późniejszym użytkow aniem .
K olejnym w ażnym pojęciem zw iązanym z ek o n o m iczn o ścią je s t cykl życia budynku. W A m eryce P ółnocnej to okres około 40 lat liczony od m om entu p ow stania budynku do m om entu kiedy staje się on „p rzestrzen ią b iu ro w ą lub m ieszk aln ą drugiego g atu n k u ” a czasem naw et p rzezn aczo n ą do w yburzenia. Jeśli cykl u ży tk o w an ia trw a około 40 lat to w ciągu tego czasu 25% w szystkich kosztów zw iązanych z budynkiem to koszty zw iązane z rem ontam i, rów nież 2 5% to koszt budow y i fin an so w an ia inw estycji w je j pierw szym etapie, a p ozostałe 25% poch łan ia bieżące u żytkow anie budynku.
R ys.3. Procentow y udział kosztów poniesionych na budow ę i eksploatację budynku
P ow yższy szacunek struktury kosztów dotyczy U SA i budynków biurow ych.
Jednak pokazuje złożony i w ażny problem : koszty budow y (w tym system ów kontrolnych budynku), obsługi finansow ej i dom inujących kosztów eksploatacji.
B udynki inteligentne m o g ą posiadać różny stopień inteligencji tak ja k budynki e kologiczne te ż p o sia d a ją różny stopień ekologiczności.
P o w staje pytanie, czy budynki ekologiczne m u s z ą p osiadać „in telig en cję” ? O d p o w ied ź je s t p rosta - nie m uszą, ale pow inny. Stopień inteligencji pow inien być ściśle skojarzony ze stopniem ekologiczności i ekonom iczności.
Ju ż w krótce „in telig en tn e” system y z ag o szczą w w iększym stopniu nie ty lk o w b udynkach biurow ych i użyteczności publicznej, ale ró w n ież w naszych dom ach ja k o elem enty zapew niające w iększy kom fort i bezpieczeństw o, o raz zm niejszające zużycie energii. R ozw ój w tym kierunku je s t nieuchronny. Problem ty lk o ja k szybko.
7. W n iosk i i p od su m ow an ie 7.1. W n iosk i
W w y n ik u p rzeprow adzonych ro zw ażań sform ułow ano w nioski:
1. B ud o w n ictw o w naszym kraju znajduje się na etapie en erg o o szczęd n o ści. D otyczy to nie św iadom ości a praktyki.
2. B ud o w n ictw o p rzyszłości (p ierw sza p o ło w a 21. w .), to b u d o w n ictw o ekologiczne, przy jazn e d la o to cze n ia i u ży tkow ników choć w różnym stopniu.
3. T erm in b u d o w n ictw o ekologiczne dob rze ch arak tery zu je istotę i zakres tego typu b ud o w n ictw a, które je s t elem entem eko lo g iczn eg o sy stem u o sad n iczeg o i p rzyrodniczego.
4. B udow nictw o ekologiczne to znacznie w ięcej niż b u d o w n ictw o en erg o o szczęd n e i n iskoenergetyczne. To o ch ro n a klim atyczna i zd ro w o tn a oraz p o zy sk iw an ie ciep ła z o dnaw ialnych źródeł zw łaszcza energii słonecznej przez przeg ro d y i budynki o d p o w ied n io ukształtow ane.
5. M ateriały ekologiczne to m ateriały nisko en erg ety czn e i zdrow e, p ro d u k o w an e przy w y k o rzy stan iu technologii czystych ek ologicznie n ie zan ieczy szczający ch śro d o w isk a naturalnego. D o w yro b ó w eko lo g iczn y ch ju ż dzisiaj m ożem y zaliczyć w yroby silikatow e, w y ro b y z b e to n ó w k o m órkow ych (n a bazie w a p n a i piasku), w yroby z p oryzow anej ceram iki o raz w yroby z gipsu. T ech n o lo g ie b u d o w y d om ów z tych m ateriałów uznaw ane s ą też ju ż dzisiaj za ek o lo g iczn e w p ew nym stopniu.
6. Przy o cenie ekologiczności m ateriałów i b u dynków pow inien być rozpatryw any aspekt trw ałości. T rw ałość m ateriałów i ro zw iązan ia bu d y n k ó w d e c y d u ją o rem ontach bieżących, głów nych i czasie trw an ia obiektów . T en p roblem był ju ż d ostrzeżony w cześniej. Stąd należy en erg o ch ło n n o ść e k sp lo atacy jn ą po w ięk szy ć o en erg o ch ło n n o ść rem o n to w ą (m ateriały i sp osoby w ykonania).
7. B ud o w n ictw o ekologiczne pow inno w pełni w y k o rzy sty w ać zd o b y cze nauki.
M etody kom p u tero w e i sym ulacyjne m o g ą być w y k o rzy stan e w rozw iązyw aniu p ro b lem ó w o ptym alizacji struktur budynków eko lo g iczn y ch a zw łaszcza budynków inteligentnych.
7.2. P od su m ow an ie (p rogn oza)
B u d o w n ictw o ekologiczne to proces a nie stan. Stopień ekolo g iczn o ści b u d o w n ictw a w m iarę upływ u czasu, w zrostu św iadom ości i zaangażow anych środków , b ęd zie się zw iększał. D otyczy to głó w n ie w znoszonych b u dynków m ieszkalnych.
Już dzisiaj ró w n ież w P olsce na rynku z n a jd u ją się m asow o m ateriały i w yroby o raz tech n o lo g ie o pew nym stopniu ekologiczności.
O becnie w kraju od kilku lat b uduje się budynki energ o o szczęd n e o pew nym sto p n iu ek ologiczności. Podw yższenie sto p n ia ekolo g iczn o ści w y m ag ać będzie w p ro w ad zen ia m ateriałów i rozw iązań, które z ab ezp ieczą w y ż sz ą izo lacy jn o ść i nie p o g o rsz ą a naw et p o p raw ią w arunki zdrow otne m ieszkańców .
B udynki o dużym stopniu ekologiczności b ę d ą b u d o w an e w pierw szym h oryzoncie czasow ym tj. do 2025 r. W drugim zaś h o ryzoncie czasow ym tj. w okresie 2 025+ 2050 r. b ę d ą b udow ane budynki w pełni ekologiczne. Po roku zaś 2050 m asow o b ę d ą bud o w an e inteligentne i w pełni ekologiczne budynki.
A u to r tych rozw ażań m a p e łn ą św iadom ość, że tak ieg o b u d o w n ictw a nie s ą w stanie sam i budow lani w drożyć do praktyki.
P otrzebne je s t tutaj zespołow e działanie łączne a nie rozd zielcze specjalistów w ielu b ranż (architektów , technologów m ateriałów , inżynierów b udow nictw a, instalatorów , energetyków itp.). W tym zakresie czeka nas d u ża praca do w y k o n an ia .
N ie przew id u ję w najbliższej przyszłości szoku w bud o w n ictw ie a zw łaszcza m ieszkaniow ym (bu d o w a osiedli w oceanach lub n a „sztucznych drzew ach ” czy w kosm osie. N ie b ędzie tutaj w ielkiego przyspieszenia technologicznego.
P rzew id u ję zaś znaczny ciągły rozw ój w produkcji m ateriałów spełniających w ym ogi b u d o w n ictw a ekologicznego i znaczne doskonalenie technik b u d o w an ia spełniających w ym ogi system ów i budynków w pełni ekologicznych, przyjaznych dla czło w iek a i środow iska naturalnego. B udynki m ocniej z o sta n ą w k o m p o n o w an e w ekosystem y i nie b ę d ą ich niszczyć a w zbogacać.
N ależy się nato m iast spodziew ać dużego przyśpieszenia w stosow aniu m etod kom puterow ych w projektow aniu i optym alizacji rozw iązań ekologicznych struktur budynków . M etody sym ulacji kom puterow ej sp o w o d u ją skok ja k o śc io w y w projektow aniu i w ytw arzaniu struktur m ateriałow ych o zadanych w łaściw ościach oraz w autom atyzacji w ytw arzania w yro b ó w budow lanych.
Z ary so w an a p rognoza je s t w sum ie raczej skrom na i przez to być m oże je s t realna.
L iteratura
[1] B aetz M .: G m ach cały z pieniędzy (ekonom iczne aspekty auto m aty k i budow lanej). Inteligentny b udynek N r 5 (17), 1999.
[2] G ertis K.: Ist S olartechnik bei der A ltbausanierung S innvoll? W issenschaftliche der H ochschule Z ittau/G örlitz N r 1701 (1999), H eft 58.
[3] M aertens L., W ilsd o rf J.: D er H eizw ärm eb ed arf in N iedrigenergiehaus Z ittau - E rgebnisse und E influßfaktoren. W issenschaftliche B erichte H o ch sch u le Z ittau /G ö rlitz N r 1696 (1999), H eft 58.
[4] M ikoś J.: B udow nictw o ekologiczne. W ydaw nictw o P olitechniki Ś ląskiej.
G liw ice, 1996 (W ydanie I).
[5] M ikoś J.: B udow nictw o ekologiczne. W ydaw nictw o P olitechniki Ś ląskiej.
G liw ice, 2000 (W ydanie II).
T H E D E S C R IB E D IS T H E W H O L E R A T H E R M O D E S T IN S C O P E , B U T T H A N K S T O H IS, IS P E R H A P S R E A L IS T IC
Su m m ary
In this article has been presented the state-of-art o f ecological building and the outlook for future developm ent in the first h alf o f the 21st century. Building requirem ent standards for ecological building are form ulated and the degrees o f ecological quality for building system s and buildings determined.
The concept for floors and w alls in ecological buildings are presented. Exam ples o f ecological building systems are given and intelligent ecological buildings are described.
