Uodparnianie budynków na zmianę klimatu przed nadmiernym ciepłem

Istnieje kilka opcji wdrożenia odporności budynków na zmianę klimatu w odniesieniu do zbyt wysokich temperatur. Takie opcje dotyczą projektowania budynków (w tym wykorzystania technologii informatycznych w celu optymalizacji komfortu cieplnego) i przegród budynków (dach, sufity, ściany zewnętrzne, drzwi, okna – w tym okularów do sterowania energią słoneczną, które zmniejszają promieniowanie słoneczne do mieszkania – oraz fundamentów). Rozwiązania projektowe budynków obejmują tradycyjne cechy mieszkań zlokalizowanych w tradycyjnie ciepłych krajach klimatycznych, takich jak:

• współczynnik proporcji budynku, czyli stosunek przestrzeni wewnętrznej do zewnętrznej powierzchni budynku, który maksymalizuje dyspersję ciepła wewnętrznego i minimalizuje pobieranie ciepła przez promieniowanie słoneczne.
• elementy architektoniczne, takie jak markizy, nawisy, odcienie okien, portyki, białe lub lekko kolorowe ściany zewnętrzne i dach
• orientacja słoneczna budynku, która może zminimalizować dzienną ekspozycję budynku na światło słoneczne.

Rozwiązania Hi-tech mogą również odegrać bardzo ważną rolę. Należą do nich czujniki, które umożliwiają dokładne monitorowanie warunków termicznych, a tym samym zoptymalizowane dostrajanie klimatyzacji i wentylacji, a nawet orientację paneli cieniujących zgodnie z warunkami izolacji w czasie rzeczywistym. Czujniki i cyfrowe urządzenia regulacji termicznej mogą być również połączone ze środkami zarządzania popytem, które pomagają zmniejszyć wpływ zapotrzebowania na chłodzenie na obciążenia szczytowe, gdy układ elektryczny jest w naprężeniu (zob. również wariant adaptacyjny dotyczący zmian w indywidualnych zachowaniach w sektorze energetycznym). Słynnym przykładem budynku, w którym zastosowano kompletny pakiet najnowocześniejszych rozwiązań, jest budynek biurowy The Edge w Amsterdamie; ukończono w 2014 roku. Przegroda budynku obejmuje dynamiczne okna, automatyczne odcienie i wentylację wyporową. W sumie 28 000 czujników śledzi ruch, poziom oświetlenia, wilgotność i temperaturę, które umożliwiają natychmiastowe i bardziej efektywne reagowanie na potrzeby energetyczne, takie jak automatyczne wyłączanie ogrzewania, klimatyzacji i oświetlenia w nieużywanych obszarach. Ponadto aplikacja udostępniona osobom pracującym w budynku pozwala im regulować temperaturę i poziom oświetlenia wokół nich za pomocą smartfona. Chłodzenie i ogrzewanie polega na zastosowaniu wymiennika ciepła, który przenosi ciepło w pożądanym kierunku między budynkiem a warstwą wodonośną pod nim.

Organizacja przestrzeni w pobliżu budynków ma również znaczenie: obecność drzew w szczególności zwiększa przepływ powietrza i zmniejsza wpływ promieniowania słonecznego i efekt wyspy ciepła typowy dla współczesnych miast.

Cechy techniczne przegród budynku mają kluczowe znaczenie dla jego zdolności do kontrolowania temperatury w pomieszczeniach. Materiały, z których zbudowana jest koperta, a ich masa w rzeczywistości określają, jak szybko kompensowane są różnice temperatur między pomieszczeniami wewnętrznymi i zewnętrznymi. Na przykład tradycyjne budynki o grubych ścianach na Morzu Śródziemnym wymagają znacznie mniej klimatyzacji niż nowoczesne; alternatywnie, zastosowanie materiałów o wysokiej odporności termicznej może zmniejszyć ciepło, które wchodzi do budynku. Opcja ta jest szczególnie interesująca w przypadku modernizacji istniejącego budynku warstwami izolacyjnymi, które kompensują słabe właściwości termiczne oryginalnych materiałów budowlanych.

Ponadto zastosowanie wentylacji mechanicznej lub naturalnej lub przechowywanie na zimno w materiałach o wysokiej masie cieplnej, takich jak płytki lub kamienie, zmniejsza potrzebę klimatyzacji. Chłodnie można łączyć z pompą ciepła (ewentualnie opartą na systemie geotermalnym, wykorzystującą różnicę między temperaturami podziemnymi i powierzchniowymi) w celu zwiększenia elastyczności we wprowadzaniu zimnego powietrza. Regulacja wilgotności w pomieszczeniach może mieć silny wpływ na postrzegane temperatury i ostatecznie na komfort cieplny osób przebywających w budynku.

Dachy są również ważnymi powierzchniami wymiany ciepła, a ich konstrukcja może pomóc znacznie zmniejszyć zapotrzebowanie energetyczne budynku. Na przykład zielone dachy mogą znacznie przyczynić się do zmniejszenia efektu wyspy ciepła w miastach poprzez naturalne chłodzenie powierzchni budynków poprzez działanie wody i roślinności. Tańszą, ale również skuteczną opcją jest malowanie dachów na biało lub w jasnych, wysoce odblaskowych kolorach, które odbijają się od promieniowania słonecznego. Białe dachy najwyższej klasy odzwierciedlają 80 % energii słonecznej; z drugiej strony czarne dachy odpowiadają jedynie od 5 % do 10 % (CRRC, 2013).

Opisane środki koncentrują się na radzeniu sobie z nadmiernym ciepłem. Nie oznacza to automatycznie, że wszystkie z nich mogą również pomóc w oszczędzaniu ciepła w zimie. Jednak te zwiększające izolację przegrody budynku i zwiększające masę termiczną mogą działać w obie strony.

Kategorie IPCC

Strukturalne i fizyczne: opcje adaptacji oparte na ekosystemie, Strukturalne i fizyczne: opcje technologiczne

Udział zainteresowanych stron

Charakterystyka budynku, w tym sposób, w jaki zapobiega nadmiernemu ogrzewaniu pomieszczeń, jest zazwyczaj prywatną sprawą umowną między budowniczym a nabywcami budynku. Udział zainteresowanych stron może mieć znaczenie w przypadku dużych budynków publicznych, w przypadku gdy koszty proponowanego projektu są znacznie wyższe niż koszty standardowego budynku, co może budzić obawy o wpływ na budżety publiczne lub o zdolność zwolennika do znalezienia odpowiedniego finansowania projektu. Wśród wymienionych opcji tworzenie terenów zielonych w pobliżu budynków w celu zapewnienia cieniowania podlega oczywiście zwykłemu procesowi autoryzacji i wymaga konsultacji ze społecznościami lokalnymi na temat preferencji tej opcji w stosunku do alternatywnych zastosowań tego samego obszaru.

Czynniki sukcesu i czynniki ograniczające

Głównymi przeszkodami w projektowaniu budynków odpornych na zmianę klimatu są ekonomiczne i kulturowe. Niektóre z proponowanych wariantów (wyższej jakości materiał na przegrody budowlane, zielone dachy, zautomatyzowane zacienienie okien) są droższe i trudniejsze do wdrożenia i utrzymania niż standardowe praktyki budowlane. Pod względem kulturowym architekci mogą postrzegać swoją kreatywność zmniejszoną przez złożoność niektórych z tych rozwiązań. Projektowanie budynku z całkowitą swobodą wyboru kształtów i materiałów, przy jednoczesnym wykorzystaniu klimatyzacji do dbania o komfort termiczny w pomieszczeniach jest kuszącą perspektywą, która zmniejsza wyzwania techniczne, koszty budowy i zwiększa estetykę opcji projektowych. Jest to szczególnie istotne w przypadku dużych 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 spowodują obniżenie ich kosztów. Nie ma jednak gwarancji, że elastyczność w projektowaniu budynków, jaką oferuje obecnie klimatyzacja, będzie zawsze równa tym rozwiązaniom.

Z drugiej strony, szczególnie w przypadku mniejszych lokali, takich jak domy jednorodzinne lub małe dzielnice mieszkalne, odporność na zmianę klimatu może okazać się bardzo stymulującym wyzwaniem projektowym. W UE istnieje szereg inicjatyw wdrażających ekologiczne rozwiązania dla budynków mieszkalnych i urbanistycznych, w tym ekologizację krajobrazów miejskich, kampanie informacyjne i zachęty finansowe. Przykładami zachęt finansowych są: dotacje na zielone dachy w wysokości 30 EUR za^{m² z} pokryciem co najmniej 40 mln² w Rotterdamie (Niderlandy), dotacje dla prywatnych właścicieli zielonych dachów przewidzianych w strategii w sprawie zielonego dachu w Hamburgu, do 60 % kosztów budowy; lub zachęty do izolacji termicznej przegród budynków we Włoszech, które mogą pokryć do 65 % kosztów materiałów izolacyjnych i ich instalacji.

Koszty i korzyści

Koszty różnią się w zależności od zastosowanego rozwiązania i miejsca ich realizacji. Na przykład zielone dachy w Niemczech kosztują od 77 do 145 EUR za metr kwadratowy, a w USA od 145 do 242 EUR, ze względu na różny termin zapadalności przemysłu i lokalnych cech budynków. Według studium przypadku Green Roof Strategy w Hamburgu „szacunkowe koszty instalacji, konserwacji i wymiany w okresie 40 lat kumulują się do 20 500 EUR za 300 metrów kwadratowych zarówno w przypadku dachów szarych, jak i zielonych”. Zielony dach, koncentrując się tylko na początkowej instalacji, kosztuje 9 500 EUR w porównaniu z 3 000 EUR za szary dach o powierzchni 300 metrów kwadratowych”.

Białe dachy są znacznie tańsze, z metką za metr kwadratowy około 6,5-9,8 EUR, zgodnie z amerykańską porównywarką kosztów. Ceny izolacji ścian i dachu różnią się znacznie w zależności od materiału izolacyjnego, ale zwykle wahają się od 40 do 100 EUR za metr kwadratowy. Ceny okularów do sterowania energią słoneczną są porównywalne lub nieznacznie wyższe niż standardowe okulary izolacyjne powszechnie instalowane w europejskich oknach domów. Pakowanie pełnego menu najnowocześniejszych rozwiązań odpornych na zmianę klimatu w budynku może być kosztowne, a łatwiej jest to zrobić od zera, projektując nowy budynek do tego celu. Niezwykle energooszczędne i komfortowe termicznie 39,673 m² powierzchni biurowej (plus 11,558 m² wewnętrznego miejsca parkingowego) budynku The Edge wymagało inwestycji w wysokości 74 mln euro (całkowite koszty budowy).

Koszty te należy porównać z korzystnym wpływem na gospodarstwa domowe, przedsiębiorstwa i budżety administracji publicznej pod względem oszczędności energii, co w przypadku najnowocześniejszych rozwiązań może być bardzo znaczące, a nawet prowadzić do niemal zerowego zużycia energii netto. Wzrost terenów zielonych w kontekście miejskim przynosi również szereg dodatkowych korzyści pod względem poprawy stanu zdrowia, różnorodności biologicznej w miastach, interakcji społecznych i poprawy estetycznej.

Aspekty Prawne

Na poziomie regulacyjnym wyżej wymienione rozwiązania techniczne mogą zostać włączone do kodeksów budowlanych. Jeżeli nie jest to jeszcze egzekwowane, dla krajów UE o ciepłym klimacie zaleca się posunięcie regulacyjne w tym kierunku.

Zmieniona dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków wymaga, aby wszystkie nowe budynki publiczne były od 2018 r. budynkami o niemal zerowym zużyciu energii (N-ZEB) oraz aby do 2050 r. całe europejskie zasoby budynków stanowiły N-ZEB. Chociaż nie są one ukierunkowane bezpośrednio na dostosowanie się do wysokich temperatur, wymogi te będą wymagały powszechnego stosowania opisanych tutaj środków.

Czas wdrożenia

Czas realizacji różni się w zależności od rodzaju interwencji, od kilku godzin do zainstalowania zasłon i odcieni do kilku miesięcy lub nawet lat, aby zaprojektować i zbudować od zera budynek odporny na klimat.

Okres użytkowania

Żywotność różni się w zależności od rodzaju interwencji, od kilku lat do reszty życia budynku.

Strony internetowe:

Bibliografia: