Budownictwo zharmonizowane czyli budowanie z oceną wpływu obiektu na środowisko naturalne

Wprowadzenie

Do czasu drugiej rewolucji przemysłowej przypadającej na drugą połowę XIX w. i początek XX w., ingerencja człowieka w środowisko naturalne była niewielka. Wpływ działalności człowieka na środowisko i skala zjawiska, rozłożone w czasie, nie stanowiły zagrożenia, gdyż nie przekraczały granic naturalnej homeostazy. Motorem działań człowieka, poza ciekawością świata, była i jest chęć zaspokojenia stale rosnących potrzeb. Taka tendencja odegrała dominującą rolę, zwłaszcza po zakończeniu II wojny światowej. Dla zaspokojenia coraz większych potrzeb człowiek działaniami ingeruje w środowisko w mikro- i makroskali.

Odnotowywane ostatnio liczne anomalie pogodowe i klęski żywiołowe świadczą o tym, że na niektórych obszarach globu ziemskiego przekroczone zostały granice naturalnej samoregulacji. Można powiedzieć, że środowisko naturalne przeżywa szok związany z nadmiarem obciążeń, będących skutkiem dotychczasowej działalności człowieka. Odpowiedzią środowiska są zagrażające egzystencji człowieka zjawiska o rozmiarach przekraczających lokalny zasięg, tzn. globalne ocieplenie, degradacja warstwy ozonowej, huragany, eutrofizacja środowiska wodnego i gleby, powodzie, deficyt wody słodkiej, drastyczny wzrost skażeń chemicznych i radioaktywnych oraz smog elektromagnetyczny.

W generowaniu tych zmian istotny udział ma budownictwo. Wydobycie surowców, produkcja wyrobów i materiałów budowlanych, budowa oraz pokrycie zapotrzebowania na media niezbędne do utrzymania obiektu zgodnie z jego przeznaczeniem, wymagają ingerencji w środowisku naturalnym. Zaspokojenie większości potrzeb związanych z realizacją i utrzymaniem obiektu budowlanego jest w głównej mierze oparte na energetyce pozyskującej energię z surowców kopalnych (węgiel kamienny, brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny). To jest niebezpieczne dla środowiska. Po pierwsze ? stwarza zagrożenie wynikające z wydobycia i wykorzystania nieodnawialnych surowców mineralnych, stanowiących bogactwo naszej planety. Po drugie ? groźne dla środowiska są pozostałości procesów przetwórczych w postaci produktów spalania zanieczyszczających atmosferę (tj. dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, tlenek azotu, tlenek węgla, pyły) i innych odpadów zawierających pewne ilości pierwiastków promieniotwórczych.

Obiekt budowlany w łańcuchu systemu oddziaływań na środowisko naturalne

Posiadanie ?dachu nad głową? jest jedną z podstawowych potrzeb człowieka. Na obecnym etapie rozwoju, zaspokojenie tej potrzeby polega na wydzieleniu ze środowiska naturalnego przestrzeni, w której bez względu na warunki klimatu zewnętrznego, można stworzyć satysfakcjonujący użytkownika mikroklimat (przy racjonalnym poziomie zapotrzebowania na energię). Spełniając te potrzeby, podczas wznoszenie i użytkowanie obiektu budowlanego, dochodzi do ingerencji w środowisko naturalne. Jest to, uświadomione lub nie, wtargnięcie człowieka w ekosystem.

Obciążenie środowiska naturalnego ma związek z wydobyciem i zużyciem surowców nieenergetycznych i energetycznych, zużyciem wody, emisją zanieczyszczeń, powstawaniem odpadów stałych i ciekłych. Większość surowców wykorzystywanych w tym procesie to surowce należące do kategorii ?jednokrotnego? użycia. Wzniesienie obiektu, to również zajęcie terenu na czas istnienia budowli. Obciążenie środowiska w pełnym cyklu życia obiektu można podzielić na kilka etapów, przy czym różne jest nasilenie tych oddziaływań w poszczególnych stadiach jego istnienia. Na podstawie analizy w relacji: obiekt ? środowisko naturalne, można wyróżnić cztery zasadnicze etapy wpływu związane z następującymi procesami: wydobyciem surowców i produkcją materiałów, budową obiektu, eksploatacją obiektu, oraz jego likwidacją.

Relację: obiekt ? środowisko naturalne, w pełnym cyklu życia obiektu przedstawiono na rysunku 1.

Na początku cyklu istnienia obiektu zagrożeniem dla środowiska jest przemysł wydobywczy i przemysł materiałów budowlanych. Do produkcji materiałów budowlanych, oprócz surowców, konieczne są maszyny i urządzenia pracujące po dostarczeniu paliwa lub energii elektrycznej. Realizacja procesów wydobywczych i produkcyjnych pochłania energię produkowaną w przeważającej ilości z surowców nieodnawialnych. Wznoszenie obiektu budowlanego jest materiało- i energochłonne. Przy dotychczasowych systemach budowania, w okresie eksploatacji obiektu, energia jest potrzebna nie tylko do oświetlenia, pracy domowych urządzeń elektrycznych, ale przede wszystkim do ogrzewania obiektu przez 50-80 sezonów ogrzewczych. W wyniku eksploatacji obiektu powstają odpady stałe, ciekłe i gazowe. Cykl istnienia zamyka rozbiórka obiektu i gromadzenie lub utylizacja odpadów. W trakcie tego cyklu występuje zapotrzebowanie na energię i teren do składowania nieprzetworzonych pozostałości po obiekcie.

Zapotrzebowanie na energię na poszczególnych etapach jest zróżnicowane, zależy od wielu czynników, tj. stosowanych rozwiązań materiałowych i konstrukcyjnych, rodzaju obiektu, systemu grzewczego i jego sprawności. Szacuje się, że zużycie energii na etapie wznoszenia obiektu wynosi ok. 10%, na etapie użytkowania (przy realizacji wg obecnie obowiązujących standardów) zużywa się ok. 72%, na potrzeby remontów ok. 15% oraz do rozbiórki obiektu od 1 do 3%, ogólnego, skumulowanego zapotrzebowania na energię w odniesieniu do cyklu istnienia obiektu [6].

Rys.1. Poszczególne etapy w pełnym cyklu życiu obiektu, mające wpływ na środowisko naturalne

Budowanie ze świadomością wpływu obiektu na środowisko naturalne

W świetle informacji o zagrożeniach spowodowanych działalnością człowieka, w tym w związku z działalnością budowlaną i użytkowaniem obiektu, na przestrzeni ostatnich dwudziestu lat w ramach prac Rady Europy i Parlamentu Europejskiego są podejmowane działania na rzecz ochrony środowiska. Wśród nich do najważniejszych, powiązanych z budownictwem należą:

• europejski program zapobiegania zmianom klimatycznym (między innymi: ograniczenie emisji CO2, racjonalne gospodarowanie energią),

• europejska strategia na rzecz energii (zrównoważony rozwój, zabezpieczenie dostaw, ograniczenie zużycia energii o 20% do 2020 r.),

• europejska strategia dotycząca zrównoważonego wykorzystania zasobów naturalnych,

• strategia w sprawie zapobiegania tworzeniu odpadów i ich recyklingu,

• Zielona Księga na rzecz zrównoważonej produkcji i konsumpcji (a w niej: zintegrowana polityka produktu, eko- etykiety, systemy zarządzania ekologicznego i polityka w dziedzinie zasobów i odpadów).

Z tych dokumentów jednoznacznie wynika, że naturalne zasoby Ziemi powinny być zużywane racjonalnie. Zapis zwarty w Dyrektywie [2] odnosi się zwłaszcza do produktów naftowych, gazu naturalnego i paliw stałych, które są podstawowymi surowcami energetycznymi. Według informacji zawartych we wspomnianej Dyrektywie sektor mieszkaniowy i usługowy zużywają ponad 40% produkowanej energii w krajach UE. Niestety, potwierdzają się z ?nawiązką? obawy zapisane w analizowanym dokumencie, dotyczące tendencji wzrostowej zapotrzebowania na energię. Opinie analityków, podawane obecnie do publicznej wiadomości, świadczą o tym, że ta wartość zbliża się do poziomu 50%. Budynki mają wpływ na długoterminowe zużycie energii, dlatego powinny spełnić wymagania dotyczące charakterystyki energetycznej. Z tego względu zgodnie z wytycznymi Dyrektywy z 2002 roku [2] (dot. jakości energetycznej budynków) obiekty budowlane i ich instalacje grzewcze, chłodzące i wentylacyjne powinny być projektowane i wykonywane w taki sposób, aby ilość energii zapotrzebowana przez budynek była niska, przy uwzględnieniu warunków lokalnego klimatu.

Najnowsza Dyrektywa 2006/32/WE dotyczy efektywności końcowego wykorzystania energii. Zrównoważony rozwój, wg Komisji Europejskiej, polega na stworzeniu warunków do stopniowej eliminacji procesów i działań szkodliwych dla środowiska naturalnego i człowieka oraz promocji działań proekologicznych.

Na podstawie wyżej wymienionych dokumentów, jest formowany nowy kierunek budowania, analizujący wpływ obiektu na środowisko naturalne w ciągu całego okresu życia budynku. Na jego określenie autorka niniejszej publikacji proponuje termin: budownictwo zharmonizowane.

Ocena wpływu obiektu na środowisko

Na obecnym etapie wiedzy, w oparciu o dostępną metodykę i aparaturę pomiarową, można mierzyć oddziaływania obiektu na środowisko [5,6]. Powstaje nowy kierunek oceny obiektu. W literaturze technicznej obiekt jest analizowany jak produkt, mający wiele wspólnego z wyrobem definiowanym wg normy EN ISO 14040. Z tej pozycji oceny wpływu obiektu na środowisko (odrębnie dla poszczególnych etapów cyklu życia obiektu), można dostrzec zbieżność procesu budowlanego z procesem produkcyjnym. W warunkach mocno obciążającej środowisko produkcji przemysłowej, wpływ oddziaływań najczęściej jest łatwo dostrzegalny, ze względu na kumulację skutków w krótkim czasie i na niewielkiej przestrzeni. Z tego powodu, na obszarach przemysłowych, najwcześniej zaczęto wprowadzać monitoring do oceny poziomu szkodliwych stężeń gazów, ścieków i odpadów stałych.

Budynki, a właściwie budownictwo na poziomie rozwoju i wymagań użytkowników, aż do lat 70-tych XX wieku w powszechnej opinii nie było postrzegane jako zagrożenie dla środowiska. Dziś, w obliczu zmian w środowisku i nadal rosnącym poziomie wymagań użytkownika, jest wymuszone nowe spojrzenie na obiekt budowlany. Dostępne obecnie materiały, rozwiązania techniczne i technologie służące do wzniesienia i utrzymania obiektu, niestety, nie są obojętne dla środowiska naturalnego. Z tego punktu widzenia obiekt budowlany obciąża środowisko, ponieważ z jednej strony jest ?pożeraczem? surowców i energii pochodzącej z zasobów naturalnych, a z drugiej – ?producentem? odpadów.

Na podstawie rodzącej się metodologii technik oceny wpływu obiektu na środowisko, pomimo skromnej bazy danych, już dziś są przeprowadzane analizy ekologiczno-energetyczne dla poszczególnych surowców, materiałów i wyrobów, a nawet obiektów budowlanych. Kryteriami stosowanymi w analizach opartych na metodologii LCA (Life Cycle Assessement) są wielkości określające zużycie surowców (nieenergetycznych i energetycznych), pochodzących z naturalnych zasobów, zużycie wody, emisję zanieczyszczeń oraz produkcję odpadów. Na obecnym etapie jest ona bardzo uciążliwa. Aby ją przeprowadzić konieczny jest dostępu do bazy danych zawierających zbiory wskaźników skumulowanego obciążenia środowiska, charakteryzujących dany materiał, prace budowlane, transport oraz inne nośniki energii, zużywane w czasie wznoszenia, eksploatacji i likwidacji obiektu. Poza tym bez odpowiedniego oprogramowania jest to zadanie bardzo pracochłonne.

Podstawą określenia skumulowanego obciążenia środowiska w pełnym cyklu życia budynku jest założenie, że obiekt to podsystem w systemie ekoprzemysłowym. Granice podsystemu ulegają zmianie w zależności od etapu cyklu istnienia obiektu. Na etapie wnoszenia są one określone placem budowy, na etapie użytkowania przegrodami zewnętrznymi. Wejście do podsystemu ekoprzemysłowego oznacza pobór surowców energetycznych i nieenergetycznych, wody lub zajęcie terenu. Wyjście z tego systemu jest związane z generowaniem zanieczyszczeń do środowiska naturalnego (powietrza, wody, gleby, powstawaniem odpadów stałych i ścieków itd.). Na otoczenie systemu ekoprzemysłowego składają się środowisko naturalne z zasobami naturalnymi i warunkami klimatycznymi, system gospodarczy i obowiązujące na danym obszarze regulacje prawne.

Całkowite skumulowane zużycie energii paliw w ciągu pełnego cyklu życia obiektu jest sumą skumulowanego zużycia energii w fazie wznoszenia, skumulowanego zużycia nośników energii bezpośredniej podczas użytkowania (przez użytkowników i do wykonywania czynności związanych z obsługą obiektu), skumulowanego zużycia energii niezbędnej do wykonania zabiegów naprawczych (remontów bieżących lub kapitalnych) i skumulowanego zużycia energii niezbędnej do likwidacji obiektu (rozbiórki obiektu po zakończeniu okresu eksploatacji, transportu odpadów na wysypisko śmieci) oraz ewentualnego zagospodarowania odpadów pochodzących z rozbiórki np. przetworzenia do ponownego wykorzystania na drodze recyklingu.

Nowy sposób oceny ekologiczno-energetycznej przedstawiono na przykładzie trzech wariantów przegrody o budowie warstwowej. Opis budowy przegród (A,B,C) znajduje się poniżej tablicy 1. Cechą wspólną analizowanych przegród jest zbliżona charakterystyka termoizolacyjna (wartość U wynosi ok. 0,30 W/(m2K)).

Charakterystyki energetyczno-ekologiczne trzech przegród zestawione w tablicy 1, zawierające wskaźniki skumulowanych równoważonych obciążeń środowiska na poszczególnych etapach cyklu życia przegrody mają w tym ujęciu charakter informacyjny.

Tego typu dane, w niedalekiej przyszłości, będą podstawą do powstania systemu deklaracji środowiskowych. Informacja o wpływie wyrobu na środowisko ma pobudzać producenta do podejmowania działań sprzyjających zmniejszeniu stopnia uciążliwości wyrobu lub jego wyeliminowania z obrotu. Deklaracja środowiskowa ma również ułatwić wybór materiałów, technologii oraz stymulować wytwórców do działań w celu poprawy wskaźników z zakresu ekologii. Będzie to jednocześnie kolejny sposób promocji wyrobu (obiektu) budowlanego.

Tablica 1. Charakterystyka porównawcza energetyczno-ekologiczna trzech przegród budowlanych o zbliżonej wartości współczynnika przenikania ciepła U (ok. 0,30 W/(m2K) (wg [5])

Objaśnienia:

Przegroda A – ściana trójwarstwowa: warstwa nośna – beton komórkowy 24 cm, warstwa izolacji termicznej – wełna mineralna 12 cm, szczelina wentylowana 2 cm, oblicówka z cegły klinkierowej gr.12 cm; oraz zaprawa murarska, tynkarska, farba na tynk wewnętrzny i kotwy do łączenia warstw.

Przegroda B – ściana trójwarstwowa: warstwa nośna ? pustak MAX-220 gr. 29 cm, warstwa izolacji termicznej styropian EPS 10 cm, oblicówka z cegły klinkierowej gr.12 cm. Pozostałe materiały j.w.

Przegroda C – ściana dwuwarstwowa: warstwa konstrukcyjna z betony komórkowego gr. 24 cm, izolacja termiczna styropian EPS 8 cm; oraz zaprawa murarska, tynkarska, wyprawa cienkowarstwowa na zewnątrz i farby na tynk.

Uwaga: charakterystykę energetyczno-ekologiczną przegrody wykonano dla ściany zewnętrznej o powierzchni 1m2, przy założeniu sześćdziesięcioletniego okresu użytkowania obiektu.

Kolejnym źródłem informacji o wpływie wyrobu na środowisko, będzie w niedługim czasie tzw. ekokoszt, który jest pochodną energochłonności i oznacza ilość energii pierwotnej niezbędnej do przeprowadzenia danego procesu technologicznego. Koszt ekologiczny wyrobu może stać się jednym z ważnych kryteriów oceny energetyczno-ekologicznej obiektu budowlanego, narzędziem umożliwiającym optymalizację rozwiązań projektowanych z uwzględnieniem analizy długofalowej wpływu obiektu na środowisko naturalne.

Podsumowanie

Dotychczasowe podejście uczestników procesu budowlanego (architekta, konstruktora, wykonawcy, a także inwestora), z punktu widzenia wpływu na środowisko jest oparte na strategii zaspokajania doraźnych potrzeb. W większości przypadków głównym celem jest wzniesienie obiektu, najlepiej przy możliwie niskich nakładach. Realizacja obiektu bez oceny jego długofalowego wpływu (w pełnym cyklu życia obiektu) na środowisko naturalne jest nadal dopuszczana przepisami prawa. W najbliższym czasie również w Polsce będzie konieczna zmiana tego podejścia, gdyż jest ono sprzeczne z już wprowadzaną w krajach UE nową filozofią LCA.

Dotychczas obowiązujące Prawo budowlane [4] wraz z przepisami wykonawczymi (miedzy innymi zapis w dziale X w [3]) obligują do tego, aby zapotrzebowanie na energię w czasie użytkowania obiektu było utrzymane na racjonalnie niskim poziomie. Znowelizowana ustawa Prawo Budowlane [4] idzie o krok dalej wprowadzając obowiązek oceny energetycznej budynku. Świadectwo ma być dokumentem określającym wielkość energii, wyrażoną w kWh/m2/rok, niezbędnej do zaspokojenia różnych potrzeb związanych z użytkowaniem budynku. Świadectwo charakterystyki energetycznej budynku będzie ważne przez 10 lat i w Polsce obowiązuje od 1 stycznia 2009 roku. Wprowadzenie certyfikatów powinno pobudzić ekologiczne myślenie za pomocą instrumentu ekonomicznego. Jeszcze lepszych rezultatów oczekuje się po wprowadzeniu oceny wyrobu przy pomocy ekokosztu. Koszt ekologiczny wyrobu może stać się w niedalekiej przyszłości jednym z ważnych kryteriów oceny energetyczno-ekologicznej obiektu budowlanego, narzędziem umożliwiającym optymalizację rozwiązań projektowanych z uwzględnieniem analizy długofalowej wpływu obiektu na środowisko naturalne. Znajomość wyników wielokierunkowej analizy wpływu obiektu na środowisko, przy jednoczesnym porównaniu skutków zastosowań różnych rozwiązań, pozwoli znaleźć odpowiedź na coraz częściej zadawane pytanie: który z wariantów realizacji obiektu najmniej ingeruje w środowisko naturalne w czasie pełnego cyklu życia obiektu?

Dom przyszłości to dom niskoenergetyczny w całym cyklu życia obiektu. W okresie jego istnienia zapotrzebowanie na surowce oraz inne oddziaływania na środowisko powinny być utrzymane na racjonalnie niskim poziomie. Taki dom powinien być w okresie eksploatacji uniezależniony od nieodnawialnych naturalnych surowców energetycznych. Rezygnacja z paliw ze źródeł nieodnawialnych na rzecz energii z surowców ze źródeł odnawialnych, w tym ciągle jeszcze niedocenianej bezpłatnej energii słonecznej i wiatrowej, to istotny kierunek rozwoju budownictwa zharmonizowanego.

Odpowiedzią człowieka na obserwowany ?stres? środowiska naturalnego powinno być racjonalne wykorzystanie wszystkich, w tym szczególnie nieodnawialnych surowców energetycznych, oraz ochrona środowiska w celu zachowania dóbr natury dla przyszłych pokoleń. Odczuwalne obecnie skutki degradacji środowiska naturalnego są następstwem działalności wielu pokoleń, ale to my musimy podjąć działania zmierzające do zatrzymania tego procesu.

Dr inż. Barbara Sokołowska
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Politechnika Koszalińska

Literatura

[1] Dyrektywa Rady 89/1006/EEC z dnia 21.12.1988 o zbliżeniu praw, uregulowań i postanowień administracyjnych Państw Członkowskich odnoszących się do wyrobów budowlanych.

[2] Dyrektywa 2002/91/EC Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z 16.12.2002r. w sprawie jakości energetycznej budynków.

[3] Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z 7.07.1994, z późniejszymi zmianami.

[4] Ustawa Prawo Budowlane z 7.07.1994, z późn. zmianami, w tym ostatnią z 2007 r.

[5] Górzyński J., Obciążenia środowiska w produkcji wyrobów budowlanych. Prace naukowe ITB, Warszawa 2004.

[6] Górzyński J., Podstawy analizy środowiskowej wyrobów i obiektów, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2006.

[7] Polityka energetyczna Danii- wzorem dla Polski. Doradca Energetyczny, styczeń 2007.