Różowy, dmuchany zamek w ogrodzie
Architektura i klimat

Energetyczny wampir: dmuchany zamek który może podwoić zapotrzebowanie gospodarstwa domowego na energię fot. Sarah Rose, licencja Creative Commons

Cykl życia budynku i cała inwestycja mogą być analizowane z punktu widzenia ilości energii użytej do każdej fazy operacji (Life Cycle Energy Analysis – LCEA). Można przyjąć, że proces inwestycyjny rozpoczyna się w momencie, kiedy to inwestor wybiera działkę albo decyduje się na powstanie jakiegoś obiektu. Równocześnie proces inwestycyjny z punktu widzenia prawa budowlanego kończy się na przekazaniu budynku użytkownikowi. Życie budynku i jego części składowych wykracza jednak daleko poza te ramy. Przecież skądś się ten budynek musiał wziąć, musiał być z czegoś zbudowany, potem zostanie zamieszkany, „zabiurowany”, „zagaleriowany”. I to nie koniec. Przecież jak się znudzi, zniszczeje, przyjdą inne czasy, trzeba go będzie przebudować, rozbudować, a pewnie i wyburzyć. Z życiem budynku związana jest energia potrzebna do wydobycia i transportu materiałów, do budowy, do aktywności budynku, a ostatecznie do przygotowania go do kolejnego życia. W skali globalnej to, co zabudowane, a przede wszystkim funkcjonowanie tego obiektu, jest odpowiedzialne za zużycie 30–40% energii pierwotnej*, czyli tej pozyskiwanej bezpośrednio z zasobów naturalnych (odnawialnych bądź nie). Co więcej, odpowiedzialne jest za 40–50% emisji gazów cieplarnianych. Badania** pokazują, że energia, która potrzebna jest do wybudowania (transport, budowa, wyburzenie etc.) stanowi wartość marginalną, około 1% energii zużytej w całym życiu budynku, podczas gdy użytkowanie stanowi 85%, a energia zgromadzona w materiałach (embodied energy) 15%. W tym numerze przyjrzymy się użytkowaniu budynku, pozostawiając temat materiałów na kolejny numer.

Użytkowanie zaczyna się zaraz po przekazaniu kluczy i pokazuje prawdę o budynku. Pokazuje, czy udało się zrozumieć potrzeby użytkownika, środowiska i jego wpływ na najbliższe otoczenie. Właściwie (współ)życie budynku zaczyna się właśnie wtedy. Nawet największe wygibasy energetyczne, żonglerki wydajności, poczwórne szklenia okien, solary od pod fundamentów pod wiechę nie pomogą, jeśli nie zrozumiemy przyszłych użytkowników, a oni nie będą wiedzieć, jak działa budynek i ile warta jest energia. Nie chcę przesuwać odpowiedzialności na użytkowników i ich styl życia, ale warto się temu przyjrzeć. Może zacznę zatem od anegdoty, która pokazuje przypadek ekstremum. Projektanci z bere: architects opisują*** swój mozół, żeby ich kolejny projekt zużywał jak najmniej, szpagat pomiędzy technologiami pasywnymi i aktywnymi, symulacje wstępne, liczne sensory. Mimo to podczas monitorowania zużycia energii wiosną pojawił się znaczący skok. Czyżby to wiosenne porządki? Nie. Wątpliwości projektantów rozwiały dopiero zdjęcia satelitarne i wywiady z mieszkańcami. Okazało się, że mieszkańcy postanowili postawić w ogrodzie dwa dmuchane zamki i jacuzzi. Różnica pomiędzy porównywalnym okresem wynosiła prawie 120 kWh, wzrost o 32%. Przy czym zamki i jacuzzi zużywały ponad 85% tej zmiany. 

Proponuję zużycie energii w budynku rozważać w trzech grupach: ogrzewanie i podgrzewanie wody; gotowanie, gniazdka elektryczne, wentylacja mechaniczna (z odzyskiem ciepła); oświetlenie. Badania GUS-u**** pokazują, że w gospodarstwach domowych 40% ogrzewania pochodzi z sieci, co wydawałoby się dobrą wiadomością, gdyby nie fakt, że kolejne 40% używa paliw stałych (np. węgiel czy drewno). Techniki odnawialne mieszczą się w 1% i zwane są „pozostałymi”. Taki raport mówi wiele o dostępności energii, chociażby gdy wspomina, że na wsi wodę z sieci ciepłowniczej pozyskuje niecałe 3% mieszkańców. Oznacza to ni mniej, ni więcej, że jeśli projektant zaproponuje rozwiązania, które zużywają dużą ilość energii przy ogrzewaniu czy oświetlaniu, nie zadba o odpowiednią orientację budynku, układ funkcjonalny odzwierciedlający życie mieszkańców czy strony świata, wielkość okien, użytkownik, używając metod aktywnych (palenie w kominku, wczesne włączanie świateł, farelki), będzie się starał kontrolować strefę pracy i mieszkania tak, aby była jak najbardziej komfortowa. 

Zrozumienie użytkownika to zrozumienie kiedy (occupancy patterns) i w jaki sposób używa budynków (occupant behavior). 

Occupancy patterns wskazują, w jakim momencie roku i dnia budynki – a w analizach szczegółowych pomieszczenia – są używane. Model dla każdej z 8760 godzin w roku przyporządkowuje wartość zero-jedynkową, gdzie zero oznacza, że mieszkańców nie ma, a jeden, że są. Przyjmuje się, że bada się occupancy oddzielnie dla dni roboczych i wolnych. W ankiecie użytkownikom zadaje się pytanie, w którym pomieszczeniu znajdują się w danych godzinach, i w sytuacji, kiedy więcej niż połowa użytkowników zajmuje jakieś pomieszczenie, przyporządkowuje się wartość jeden, a w pozostałych zero. Taki model pozwoli określić, czy na przykład trzeba brać pod uwagę ogrzewanie lub oświetlanie mieszkań w godzinach popołudniowych latem, kiedy to być może większość użytkowników jest poza domem. Do podobnych wniosków dawno doszli już na przykład pracodawcy na Cyprze i przesunęli godziny pracy w okresie letnim tak, żeby pracownicy wychodzili wczesnym popołudniem, a we Włoszech fabryki robią przerwę w czasie najgorętszego miesiąca w roku: w sierpniu.

Zużycie energii elektrycznej przez użytkowników może wzrastać w sposób nieoczekiwany przez projektanta. Zachowanie energetyczne użytkownika może być kluczowe w projektowaniu wydajnej energetycznej architektury, Fot. Ris Rri, licencja Creative Commons

Zachowanie użytkownika możemy podzielić na pasywne, czyli takie, które generuje energię cieplną, i aktywne, czyli takie, które zmienia temperaturę i wilgotność, jak np. gotowanie, oświetlenie, otwieranie okien, rozsuwanie rolet etc. Działanie pasywne, czyli obecność użytkownika, możemy przewidzieć. Możemy je również stosunkowo łatwo modelować. Przecież obok znanego wszystkim BIM (Building Information Modelling) mamy również jego siostrę BEM (Building Energy Modelling), które pomagają przewidywać zużycie energii, uwzględniając chociażby tempo metabolizmu oraz liczbę warstw ubrania. Z działaniem aktywnym jest dużo trudniej. Zależy ono od wielu czynników, np. otwieranie i zamykanie okien zależeć może od liczby osób w pomieszczeniu, tego, czy ktoś pali papierosy i potem wietrzy, czy przypala regularnie garnki. Regulowanie ogrzewania zaś może zależeć od płci i wieku użytkownika, od tego, jakiego oświetlenia używa i czy codziennie rano ćwiczy jogę. Pojawiają się próby uwzględnienia działań aktywnych, do czego zaprzęga się odpowiednie algorytmy, które po przeanalizowaniu dużej porcji informacji są w stanie przewidzieć, w jaki sposób będzie zachowywał się mieszkaniec. Minie jeszcze kilka lat, zanim będziemy mogli świadomie korzystać z takich dobroci, na razie ważniejsza będzie rozmowa z przyszłym mieszkańcem – w przypadku domów jednorodzinnych, lub zarządcą nieruchomości – w przypadku większych inwestycji, którzy mogą przybliżyć specyfikę budynku, jeśli tylko mają takie doświadczenie, i prowadzić pomiary wydajności innych inwestycji. 

Aby zrozumieć lepiej użytkownika, i to głównie odnosi się do przestrzeni biurowych, warto przeprowadzić, jeśli to tylko możliwe, rzetelną analizę wynajmujących. Kilka lat temu zdarzyło mi się rozmawiać z klientem, przedstawicielem dużej korporacji, który mówił, że oni do pracy zawsze chodzą w trzyczęściowych garniturach. Oznacza to, że nawet latem, kiedy na zewnątrz wrze i wydawałoby się, że poranne przewietrzanie budynku powinno wystarczyć, zdjęcie marynarki jest niemożliwe. Takie właśnie zmiany garderoby są jednym z parametrów, które uwzględnia się w modelowaniu wydajności energetycznej budynku, co może poprawić komfort. Czasami wystarczy założyć sweter. Ponadto komfort cieplny związany jest z biologią ciała człowieka, tempem metabolizmu, wiekiem i płcią. Liczne studia pokazują, że kobiety czują dyskomfort w wyższej temperaturze niż mężczyźni*****, co więcej, w przestrzeniach biurowych, tam gdzie wymagany jest ubiór formalny, to mężczyźni mają na sobie więcej warstw. Małe batalie pomiędzy mężczyznami a kobietami kończą się przekręcaniem termostatu i telefonami do zarządcy budynku. 

W życiu budynku najważniejszy jest użytkownik, jego zachowanie. Niedoperformatywność środowiskowa i materiałowa odbija się negatywnie na pozostałych aktorach w sieci i na pozostałych wymiarach performatywności. Źle wyizolowane ściany, za małe okna czy zapchana wentylacja negatywnie odbijają się na użytkownikach. W sieci zależności następuje napięcie pierwotne, które przekłada się na inne, chociażby na palenie w kominku i zanieczyszczenie powietrza, otwieranie okien przy piętnastostopniowym mrozie, żeby wywietrzyć (tak robiła moja matematyczka całe liceum), które powoduje duże straty cieplne etc. Rzetelna analiza performatywności budynku poprawia jego przyszłe relacje z środowiskiem. Symulować i mierzyć wydajność energetyczną budynku można jedynie z użytkownikami. Inaczej zamienia się to w szachrajstwo. Bywa, że niektórzy mierzą wydajność bez użytkowników i starają się przykleić do tego jeszcze chociażby łatkę Nearly Energy Zero Buildings. Uznajmy to za niedoinformowanie. Wszystkie symulacje musi poprzedzić wnikliwa analiza przypadku, żeby zrozumieć relacje budynku z otoczeniem i środowiskiem. Polecam zdanie, które towarzyszy mi zawsze na początku: Think first, simulate later. Brzmi ono banalnie, ale wszyscy się na nie łapiemy.

* M. Asif, T. Muneer, R. Kelley, Life cycle assessment: a case study of a dwelling home in Scotland, „Building and Environment” 2007, nr 42, s. 1391-394.

** Chociażby: K. Adalberth, Energy use during the life cycle of single-unit dwellings: examples, „Building and Environment” 1997, nr 32(4), s. 321-329; A. Utama, S.H. Gheewala, Indonesian residential high rise buildings: a life cycle energy assessment, „Energy and Buildings” 2009, nr 41, s. 1263-1268; G. Treloar i in., Analysing the life-cycle energy of an Australian residential building and its householders, „Building Research & Information” 2000, nr 28(3), s. 184-195.

*** Oliveira S. i in., Energy modelling in architecture: A practice guide, RIBA Publishing, 2020.

**** Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2018 roku, GUS, 2020.

***** N. D. Sintov i in., Thermostat wars? The roles of gender and thermal comfort negotiations in household energy use behavior, „Plos One” 2019, vol. 14, nr 11, s. e0224198.

Adrian Krężlik – architekt, który zajmuje się zastosowaniem współczesnych technologii w projektowaniu szczególnie w kontekście rozwoju zrównoważonego. Prezes Fundacji Architektury Współczesnej. Założyciel platformy edukacyjnej Architektura Parametryczna oraz berlińskiej agencji Parametric Support, który zajmuje się aplikacją optymalizacji i automatyzacji do procesów architektonicznych. Doświadczenie zawodowe zdobywał w Zaha Hadid Architects w Londynie, Rojkind Arquitectos oraz FR-EE Fernando Romero w Meksyku. Wykładowca Weißensee Kunsthochschule w Berlinie oraz School of Form.