Uodparnianie budynków na klimat przed nadmiernym ciepłem

Można zastosować kilka podejść do ochrony budynków przed nadmiernie wysokimi temperaturami. Warianty te dotyczą projektowania budynków (w tym wykorzystania technologii informatycznych w celu optymalizacji komfortu cieplnego) i przegród zewnętrznych (dachów, sufitów, ścian zewnętrznych, drzwi, okien – w tym okularów przeciwsłonecznych, które zmniejszają promieniowanie słoneczne przedostające się do mieszkania – oraz fundamentów).

Rozwiązania w zakresie projektowania budynków obejmują tradycyjne cechy powszechnie spotykane w regionach o ciepłym klimacie, takie jak:

• Współczynnik kształtu budynku: Stosunek przestrzeni wewnętrznej do zewnętrznej powierzchni budynku, który optymalizuje wewnętrzną dyspersję ciepła przy jednoczesnym zminimalizowaniu absorpcji ciepła słonecznego.
• Elementy architektoniczne: Cechy takie jak markizy, zwisy, odcienie okien, portyki, białe lub lekko zabarwione ściany zewnętrzne i dachy odbijające ciepło.
• Orientacja słoneczna: Pozycjonowanie budynku w celu zminimalizowania dziennej ekspozycji na bezpośrednie światło słoneczne.

Bardzo ważną rolę mogą również odgrywać zaawansowane technologicznie rozwiązania. Obejmują one czujniki monitorujące warunki termiczne, umożliwiające precyzyjną regulację klimatyzacji i wentylacji, a także orientację paneli cieniujących w czasie rzeczywistym w oparciu o warunki izolacji. Czujniki i cyfrowe urządzenia regulacji temperatury można zintegrować ze środkami zarządzania popytem, co pomaga zmniejszyć wpływ zapotrzebowania na chłodzenie na obciążenia szczytowe w okresach naprężeń układu elektrycznego (zob. również wariant adaptacyjny dotyczący zmian indywidualnych zachowań w sektorze energetycznym). Znanym przykładem budynku, w którym zastosowano kompletny pakiet najnowocześniejszych rozwiązań, jest biurowiec The Edge w Amsterdamie, ukończony w 2014 roku. Jego koperta obejmuje dynamiczne okna, automatyczne odcienie i wentylację wyporową. Dzięki 28 000 czujników monitorujących ruch, poziom oświetlenia, wilgotność i temperaturę budynek może natychmiast dostosować się do potrzeb energetycznych, takich jak automatyczne wyłączanie ogrzewania, klimatyzacji i oświetlenia w nieużywanych obszarach. Ponadto pracownicy mogą korzystać z aplikacji do regulacji temperatury i poziomu oświetlenia w swojej przestrzeni roboczej. Dodatkowo chłodzenie i ogrzewanie jest optymalizowane przez transfer ciepła między budynkiem a warstwą wodonośną pod nim.

Cechy techniczne przegród zewnętrznych mają kluczowe znaczenie dla ich zdolności do kontrolowania temperatury w pomieszczeniach. Materiały użyte w kopercie i ich masa odgrywają kluczową rolę w szybkim kompensowaniu różnic temperatur między wnętrzem i na zewnątrz. Na przykład tradycyjne budynki o grubych ścianach na Morzu Śródziemnym wymagają znacznie mniej klimatyzacji niż nowoczesne konstrukcje. Alternatywnie, użycie materiałów o wysokiej odporności termicznej może pomóc zminimalizować ciepło wchodzące do budynku. Ta opcja jest szczególnie interesująca w przypadku doposażenia istniejącego budynku w warstwy izolacyjne, które kompensują słabe właściwości termiczne oryginalnych materiałów budowlanych.

Ponadto zastosowanie wentylacji mechanicznej lub naturalnej lub przechowywanie chłodu w materiałach o dużej masie termicznej, takich jak płytki lub kamienie, zmniejsza potrzebę klimatyzacji. Chłodnictwo może być połączone z pompą ciepła (ewentualnie opartą na systemie geotermalnym, wykorzystującą różnicę między temperaturami podziemnymi i powierzchniowymi), aby zwiększyć elastyczność w rozmieszczaniu zimnego powietrza. Regulacja wilgotności wewnętrznej może mieć silny wpływ na postrzegane temperatury, a ostatecznie na komfort cieplny mieszkańców budynku.

Dachy są również ważnymi powierzchniami wymiany ciepła, a ich konstrukcja (np. białe dachy, zielone dachy) może przyczynić się do znacznego zmniejszenia zapotrzebowania budynku na energię. Na przykład obecność drzew zwiększa przepływ powietrza, zmniejsza wpływ promieniowania słonecznego, a także pomaga przeciwdziałać efektowi miejskiej wyspy ciepła. Przy wdrażaniu środków mających na celu radzenie sobie z ekstremalnymi upałami ważne jest w rzeczywistości uwzględnienie wpływu materiałów budowlanych i stylów budowlanych na mikroklimat obszarów miejskich. Badania nad łagodzeniem skutków upałów w miastach promują stosowanie powierzchni odblaskowych w celu przeciwdziałania negatywnym skutkom ekstremalnych upałów. Odbicie powierzchni jest kluczowym parametrem umożliwiającym zrozumienie, modelowanie i modyfikację bilansu energii na powierzchni miasta w celu ochłodzenia miast i poprawy komfortu termicznego na zewnątrz (Fox i in., 2018). Rozwiązania mające na celu zmniejszenie efektu miejskiej wyspy ciepła, przy jednoczesnej poprawie warunków w pomieszczeniach poprzez przegrody zewnętrzne budynku, można zastosować na dwa sposoby: zwiększenie odbicia słonecznego oraz zwiększenie parowania i transpiracji. Odbicie słoneczne (albedo) na zewnątrz budynku i nawierzchni miejskiej może pomóc złagodzić efekt wyspy ciepła. Można to osiągnąć, stosując powłoki barwne na zimno i powłoki odblaskowe, takie jak materiały odblaskowe. Ponadto rosnące parowanie i transpirację mogą ułatwić zielone powierzchnie i drzewa, takie jak pionowe zielenie, zielone fasady i zielone dachy.

Dodatkowe informacje na temat wykorzystania zielonej infrastruktury w celu poprawy warunków życia w miastach dotkniętych zmianą klimatu można znaleźć w wariancie przystosowania się do zmiany klimatu – zielona i niebieska infrastruktura miejska.

Szczególną uwagę należy zwrócić na budynki zabytkowe, ponieważ wiele z opisanych środków może nie mieć zastosowania ze względu na obowiązujące przepisy ustawowe i wykonawcze mające na celu zachowanie wykorzystywanych oryginalnych materiałów i technik budowlanych. Należy określić, zaplanować i wdrożyć różne konkretne interwencje, starannie uwzględniając cechy charakterystyczne budynków historycznych i ich znaczenie kulturowe. Zdecydowanie zaleca się skonsultowanie się z ekspertami w dziedzinie konserwacji zabytków i inżynierii budowlanej w celu opracowania dostosowanego planu chłodzenia dla konkretnych budynków. Dostępne są już jednak rozwiązania uodparniające na zmianę klimatu, które zachowują historyczne znaczenie budynków przy jednoczesnym zachowaniu ich wartości architektonicznej i kulturowej. Niektóre przykłady przedstawiono w projekcie RIBuild.

Dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków umożliwia państwom członkowskim dostosowanie minimalnych wymagań dotyczących charakterystyki energetycznej zarówno budynków mieszkalnych (art. 5 ust. 2), jak i niemieszkalnych (art. 9 ust. 6a).

Charakterystyka budynku, w tym sposób, w jaki zapobiega nadmiernemu ogrzewaniu pomieszczeń, są zwykle prywatną sprawą umowną między budowniczym a nabywcami budynku. Udział zainteresowanych stron może być istotny w przypadku dużych budynków publicznych, jeżeli koszty proponowanego projektu są znacznie wyższe niż koszty standardowego budynku, co może wywoływać obawy dotyczące wpływu na budżety publiczne lub zdolności wnioskodawcy do znalezienia odpowiedniego finansowania projektu. Wśród wymienionych opcji tworzenie terenów zielonych wokół budynków do zacienienia podlega standardowemu procesowi autoryzacji. Wymaga to również konsultacji ze społecznościami lokalnymi, aby ocenić ich preferencję dla tego rozwiązania w stosunku do alternatywnych zastosowań przestrzeni. Konieczne jest zaangażowanie organizacji i organów zajmujących się dziedzictwem kulturowym w renowację budynków zabytkowych, zwłaszcza gdy należy przestrzegać szczególnych procedur wydawania pozwoleń.

Główne przeszkody w projektowaniu budynków odpornych na zmianę klimatu mają charakter gospodarczy i kulturowy. Niektóre z proponowanych wariantów (materiały o wyższej jakości do przegród zewnętrznych, zielone dachy, automatyczne zacienianie okien) są droższe i trudniejsze do wdrożenia i utrzymania niż standardowe praktyki budowlane. Kulturowo architekci mogą postrzegać swoją kreatywność zmniejszoną przez złożoność niektórych z tych rozwiązań. Projektowanie budynku z całkowitą swobodą wyboru kształtów i materiałów, przy jednoczesnym poleganiu na klimatyzacji, aby zadbać o komfort cieplny w pomieszczeniach, jest kuszącą perspektywą, która zmniejsza wyzwania techniczne, koszty budowy i zwiększa zakres estetyczny opcji projektowych. Jest to szczególnie istotne w przypadku dużych modułów budynków, takich jak drapacze chmur, centra handlowe, kampusy itp. Znaczenie tej przeszkody prawdopodobnie spadnie w nadchodzących latach, ponieważ rozwiązania odporne na zmianę klimatu osiągną dojrzałość technologiczną, a innowacje technologiczne obniżą ich koszty. Nie ma jednak gwarancji, że elastyczność w projektowaniu budynków oferowana obecnie przez klimatyzację będzie kiedykolwiek równa tym rozwiązaniom.

Z drugiej strony, szczególnie w przypadku mniejszych jednostek, takich jak domy jednorodzinne lub małe i średnie dzielnice mieszkalne, odporność na zmianę klimatu może okazać się bardzo stymulującym wyzwaniem projektowym. W UE istnieje szereg inicjatyw wdrażających ekologiczne rozwiązania w zakresie budynków mieszkalnych i urbanistyki, w tym zazielenianie krajobrazów miejskich, kampanie informacyjne i zachęty finansowe. Przykłady zachęt finansowych można znaleźć m.in. w Rotterdamie (dotacja na przystosowanie się do zmiany klimatu), w Hamburgu (strategia dotycząca zielonych dachów w Hamburgu) i we Włoszech (dodatek ekologiczny).  

Ponadto uodparnianie na zmianę klimatu w istniejących budynkach, zwłaszcza w budynkach dziedzictwa kulturowego, stanowi szczególne wyzwanie ze względu na przepisy i paradygmaty ochrony. Wyzwaniem jest znalezienie równowagi między przystosowaniem się do zmiany klimatu a ochroną autentyczności i integralności tych historycznych miejsc.

Koszty różnią się w zależności od zastosowanego rozwiązania i lokalizacji, w której są wdrażane, ze względu na różną dojrzałość branży i lokalne cechy budynku. Zgodnie ze studium przypadku strategii dotyczącej zielonych dachów w Hamburgu zielone dachy są inwestycją o wyraźnych przyszłych zwrotach. Koszty najbardziej rozległych zielonych dachów mieszczą się w przedziale 40-45 € /m2, podczas gdy intensywne zielone dachy mogą kosztować około 58 € /m2.

Białe dachy są znacznie tańsze. Ceny izolacji ścian i dachów różnią się znacznie w zależności od materiału izolacyjnego, ale zwykle wahają się od 40 do 100 EUR za metr kwadratowy. Ceny okularów przeciwsłonecznych są porównywalne lub nieznacznie wyższe niż standardowych okularów izolacyjnych powszechnie instalowanych w oknach europejskich domów. Zapakowanie pełnego menu najnowocześniejszych rozwiązań odpornych na zmianę klimatu w budynku może być kosztowne i łatwiej jest to zrobić od podstaw, projektując nowy budynek w tym celu. Niezwykle energooszczędna i komfortowa termicznie 39 673 m2 powierzchni biurowej (plus 11 558 m2 krytej powierzchni parkingowej) budynku The Edge wymagała inwestycji w wysokości 74 mln EUR (całkowite koszty budynku).

Koszty te należy porównać z korzystnym wpływem na gospodarstwa domowe, przedsiębiorstwa i budżety administracji publicznej pod względem oszczędności energii, które w przypadku najnowocześniejszych rozwiązań mogą być bardzo znaczące, a nawet skutkować niemal zerowym zużyciem energii netto. Zwiększenie powierzchni terenów zielonych w kontekście miejskim przynosi również szereg dodatkowych korzyści pod względem poprawy zdrowia, różnorodności biologicznej w miastach, interakcji społecznych i poprawy estetyki.

Na poziomie regulacyjnym wspomniane powyżej rozwiązania techniczne mogą zostać włączone do kodeksów budowlanych. Jeżeli nie jest to jeszcze egzekwowane, zaleca się podjęcie działań regulacyjnych w tym kierunku w krajach UE o ciepłym klimacie.

W zmienionej dyrektywie w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (UE/2024/1275) zaostrzono wymagania dotyczące charakterystyki energetycznej nowych budynków. Od 1 stycznia 2028 r. wszystkie nowe budynki mieszkalne i niemieszkalne muszą być budynkami bezemisyjnymi w przypadku budynków będących własnością instytucji publicznych, a od 1 stycznia 2030 r. – w przypadku wszystkich innych nowych budynków, z możliwością szczególnych zwolnień. Zgodnie ze zmienioną dyrektywą budynek bezemisyjny nie emituje na miejscu dwutlenku węgla z paliw kopalnych i charakteryzuje się bardzo wysoką charakterystyką energetyczną .  Chociaż wymogi te nie będą bezpośrednio ukierunkowane na przystosowanie się do wysokich temperatur, będą wymagały powszechnego stosowania opisanych tutaj środków.

Czas realizacji różni się w zależności od rodzaju interwencji, od kilku godzin na zainstalowanie zasłon i odcieni do kilku miesięcy, a nawet lat na zaprojektowanie i zbudowanie od podstaw budynku odpornego na zmianę klimatu.

Żywotność różni się w zależności od rodzaju interwencji, od kilku lat do pozostałego okresu użytkowania budynku.