W Rzeszowie powstaje Podkarpackie Centrum Transferu Niskoenergetycznych Technologii w Budownictwie.
Budynek stanie się nową siedzibą Podkarpackiej Izby Inżynierów Budownictwa w Rzeszowie oraz przyjmie bardzo ambitną funkcję Podkarpackiego Centrum Transferu Niskoenergetycznych Technologii w Budownictwie.
PROJEKT
Realizację budynku centrum rozpoczęto w czerwcu 2016 r. po przeprowadzeniu robót wstępnych przygotowujących teren pod dalszą budowę. Obiekt będzie pełnił funkcję biurowo-wystawienniczą. Dokumentacja projektowa została opracowana w krakowskim biurze projektowo-wdrożeniowym Architektura Pasywna Pyszczek i Stelmach Sp.j. przy aktywnym udziale kierownictwa Podkarpackiej Okręgowej Izby Inżynierów Budownictwa.
Centrum poza typową funkcją, jaką spełnia Izba Inżynierów Budownictwa, ma promować i edukować w zakresie energooszczędnych technologii budowlanych, dlatego też poziom parteru w całości będzie przeznaczony na przestrzeń wystawienniczą i konferencyjną. Wszystkie obiekty biurowe realizowane są przez firmę Architektura Pasywna Pyszczek i Stelmach w standardzie budynku pasywnego, są to budynki zeroenergetyczne czy też spełniające wymogi programu NFOŚ i GW „Lemur”. Biuro projektowe dokłada wszelkich starań, by zadbać o kluczowe elementy decydujące o szeroko pojętym komforcie użytkowania, zawarte m.in. w systemie certyfikacji wielokryterialnej LEED.
Wizualizacja: Architektura Pasywna Pyszczek i Stelmach
Budynek Podkarpackiego Centrum Transferu Niskoenergetycznych Technologii w Budownictwie łączy funkcję biurową z funkcją dydaktyczno-promocyjną. Ten rodzaj funkcji od początku działalności architektury pasywnej był nam szczególnie bliski. Ważnymi doświadczeniami, które w znaczący sposób wpłynęły na nasz sposób myślenia o kształtowaniu tego rodzaju budynków, były nasze wcześniejsze projekty i realizacje, przede wszystkim Laboratorium Edukacyjno-Badawcze Odnawialnych Źródeł Poszanowania Energii AGH w Miękini, pawilon Inżynierii Produkcji i Energetyki Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, a także oddane do użytku w 2015 r. Centrum Budownictwa Zeroenergetycznego w Kokotowie pod Krakowem.
Nasze doświadczenia projektowe potwierdzają, że świadomie kształtowana koncepcja współczesnego budynku wysoko energooszczędnego powinna uwzględniać w równym stopniu aspekty funkcjonalne, estetyczne i energetyczne.
W praktyce projektowej kładziemy główny nacisk na dbałość o poszanowanie energii. W związku z tym powłoka zewnętrzna oraz bryła projektowanych obiektów jest tak kształtowana, aby ograniczyć zapotrzebowanie na energię zarówno na potrzeby grzewcze, jak i chłodnicze.
Działania projektowe w zakresie architektonicznym, decydujące o minimalnym zapotrzebowaniu na energię, wiążą się przede wszystkim z dążeniem do uzyskania:
– wysokiej kompaktowości bryły, czyli najniższego stosunku powierzchni przegród zewnętrznych (A) do kubatury (V);
– wysokiej szczelności powietrznej przegród zewnętrznych n50 < 0,3 wymiany/h;
– wysokiej izolacyjności termicznej wszystkich przegród zewnętrznych; współczynniki przenikania ciepła przegród zewnętrznych są następujące:
– ściany zewnętrzne 0,096 W/m2K,
– drzwi zewnętrzne 0,8-1,1 W/m2K,
– okna zewnętrzne 0,80 W/m2K,
– dach 0,076 W/m2K,
– podłoga na gruncie 0,113 W/m2K;
– odpowiedniej orientacji otworów okiennych – preferowana jest orientacja południowa zapewniająca najkorzystniejsze oświetlenie w okresie zimowym oraz zmniejszone przegrzewanie w okresie letnim; warto podkreślić, że budynki najczęściej przegrzewają się w okresie letnim od strony wschodniej i zachodniej, co wynika z kąta padania promieni słonecznych;
– odpowiedniego doboru powierzchni otworów okiennych – wielkość otworów okiennych powinna być tak dobrana, aby zapewnić korzystne natężenie światła dziennego na wysokości, gdzie realizowane są podstawowe aktywności w danym pomieszczeniu; dla przykładu w energooszczędnych budynkach biurowych nie ma racjonalnego uzasadnienia, aby projektować przeszklenia sięgające aż do posadzki;
– efektywnego systemu zacienienia zewnętrznego – ruchome żaluzje zewnętrzne są instalowane w znacznym odsunięciu od zestawu szklanego w celu zapewnienia jak najszerszej szczeliny wentylacyjnej;
– optymalnej konstrukcji budynku – odpowiedniej do sposobu użytkowania; w przypadku budynków użytkowanych w sposób ciągły uzasadniony staje się wybór ciężkich konstrukcji; taki typ konstrukcji sprawia, że budynki wolniej się przegrzewają w okresie letnim i mogą być schładzane nocą przez system wentylacji, często przy ograniczonej konieczności użycia klimatyzacji.
Rys. Schemat wentylacji w okresie letnim (Architektura Pasywna Pyszczek i Stelmach)
Warto zauważyć, że biorąc pod uwagę powyższe, świadomym założeniem przy projektowaniu Podkarpackiego Centrum Transferu Niskoenergetycznych Technologii w Budownictwie stało się czytelne wyeksponowanie głównego pomieszczenia technicznego, pełniącego równocześnie funkcję stałej ekspozycji. Funkcja i znaczenie pomieszczenia technicznego/stałej ekspozycji zostało podkreślone poprzez wysunięcie północno-zachodniej części budynku. Ten zabieg przestrzenny dodatkowo zaakcentował strefę wejściową, osłaniając od zachodu zewnętrzną, zadaszaną przestrzeń wystawienniczą. We wspomnianym pomieszczeniu technicznym znajdą się przede wszystkie urządzenia grzewcze i część central wentylacyjnych. Aranżacja poszczególnych urządzeń w pomieszczeniu ma gwarantować jak najpełniejszą ich ekspozycję, przybliżając zasadę działania i prezentując aktualny tryb pracy.
Podobnie ze względów przestrzennych i energetycznych sala wielofunkcyjna (konferencyjno-wystawiennicza) została wysunięta poza obrys głównej bryły budynku w kierunku południowo-wschodnim, może stanowić osobny segment, posiadający możliwość czasowego wydzielenia i obniżenia temperatury.
Istotną i wyjątkową cechą prezentowanego obiektu są zastosowane rozwiązania bioklimatyczne, m.in. wykorzystane materiały budowlane oraz wentylacja naturalna. Część biurowa na pierwszym piętrze w dużej mierze została zaprojektowana ze w 100 procentach naturalnych, niewypalanych bloczków ilastych z dodatkiem piasku, pozostałe ściany będą wykonane z bloczków silikatowych tynkowanych tynkami wapiennymi oraz lekkich ścian działowych gipsowo-kartonowych tynkowanych tynkami glinianymi. Wymienione wyżej materiały, a w szczególności cegła ilasta, charakteryzują się wysoką zdolnością do regulacji wilgotności w pomieszczeniach, co ma szczególne znaczenie w sezonie grzewczym. Niewypalane cegły są w stanie w okresie dwóch dni zaabsorbować 30 razy więcej wilgoci niż cegły wypalane. Ponadto cegła ilasta oraz bloczek silikatowy to materiały o wysokiej pojemności cieplnej i niskiej promieniotwórczości, z tego powodu mogą znacząco wpływać na kształtowanie naturalnego zdrowego mikroklimatu wewnętrznego. Na uwagę zasługuje również fakt, że do wytworzenia cegły niepalonej wymagana jest jedynie minimalna ilość energii w porównaniu z innymi konwencjonalnymi materiałami budowlanymi. System budowy z bloczków z gliny niepalonej rozwinęliśmy wraz cegielnią Manufaktura Lukova oraz firmą Nowoczesne Budownictwo Naturalne, zapewniając dużą precyzję i szybkość wykonania.
Kolejnym charakterystycznym elementem bioklimatycznym jest centralnie umieszczony nad głównym holem świetlik, który poza swoją podstawową funkcją zapewni możliwość naturalnej wentylacji i chłodzenia.
Ponadto w holu wejściowym została umieszczona wysoka ściana wykonana z cegły silikatowej (kolor biały) oraz bloczków ilastych (popielato-zielony), tworzących dwubarwną kompozycję nawiązującą do estetyki elewacji zewnętrznych. Uzupełnieniem oraz podkreśleniem podejścia projektowego jest lada recepcyjna wykonana z warstwowo ubijanej ziemi.
Obecnie w architekturze można dostrzec tworzenie się nowej kategorii budynków. Są to obiekty, które można określić mianem budynków proenergetycznych. Estetyka tych realizacji powinna być efektem poszukiwania optymalnego rozwiązania przestrzennego respektującego najistotniejsze aspekty użytkowe, estetyczne i energetyczne.
Warto zwrócić uwagę, że uzyskana forma architektoniczna budynku centrum, dobór, rozmieszczenie ogniw fotowoltaicznych oraz turbin wiatrowych są przykładem na to, że pozyskiwanie energii z odnawialnych źródeł nie musi się wyrażać jedynie poprzez bezrefleksyjną maksymalizację zysków energetycznych.
Fot. 1 Zbiornik wody, szalunek obstawek stropu; listopad 2016 r. (fot. Besta.PB)
Podstawowe rozwiązania instalacyjne
System grzewczy
System grzewczy będzie zasilany z dwóch niezależnych źródeł ciepła. Podstawowym źródłem ciepła będzie pompa ciepła typu solanka/woda o następujących parametrach technicznych:
– znamionowa moc cieplna 28,8 kW,
– wydajność chłodnicza 23,3 kW,
– pobór mocy elektrycznej 5,96 kW,
– stopień efektywności (COP) 4,83. Dobrana pompa ciepła posiada możliwość pracy w trybie chłodzenia pasywnego oraz w zależności od potrzeb chłodzenia aktywnego. Na szczególną uwagę zasługuje sposób rozwiązania dolnego źródła. Jako dolne źródło dla projektowanych pomp ciepła przewidziano siedem odwiertów pionowych o głębokości 100 m każdy.
Jako szczytowe źródło ciepła zaprojektowano kondensacyjny kocioł gazowy, lub równoważny o znamionowej mocy nominalnej 21,6 kW (50/30°C). Jako szczytowe źródło chłodu w salach konferencyjnych zakłada się zastosowanie klimakonwektorów. Ciepło i chłód będą rozprowadzane po budynku przez ogrzewanie podłogowe oraz system wentylacji.
System wentylacji
W budynku przewiduje się zastosowanie rozproszonego systemu wentylacji złożonego z sześciu central wentylacyjnych dających możliwość precyzyjnego i ekonomicznego sterownia zależnego od warunków panujących w danej strefie. Centrale wentylacyjne wyposażone są w wymienniki krzyżowe i podwójne krzyżowe o sprawności odzysku ciepła powyżej 80%. Centrale obsługujące biura i dużą salę konferencyjną zostały wyposażone w moduł chłodzenia adiabatycznego. Dodatkowo centrala wentylacyjna obsługująca biura wyposażona jest w gruntowy powietrzny wymiennik ciepła, będący dodatkowym uzupełniającym źródłem chłodu.
Bilans mocy elektrycznej
Szacowane zużycie energii na potrzeby urządzeń wentylacyjno-grzewczo-klimatyzacyjnych – 21 700 kWh/rok. Szacowane zużycie energii na potrzeby bytowe – 28 300 kWh/rok. Szacowany sumaryczny bilans wszystkich odbiorników zainstalowanych w obiekcie – 50 000 kWh/rok.
Sposoby pozyskania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł
W celu zbilansowania w skali roku energii elektrycznej zużytej w stosunku do energii wyprodukowanej z odnawialnych źródeł energii zostaną zastosowane następujące rozwiązania:
– sześć turbin wiatrowych z pionową osią obrotu Aerocopter 450 o mocy 2 kW zainstalowanych na słupach na terenie parkingu (zastosowane urządzenia będą miały możliwość wyprodukowania 12 000 kWh/rok);
– trzy turbiny wiatrowe z pionową osią obrotu Aerocopter 220 o mocy 0,3 kW zainstalowane na słupach na dachu (zakładana produkcja energii 1400 kWh/rok);
– projektowane na budynku oraz na zadaszeniu parkingu ogniwa fotowoltaiczne posiadające łączną moc 49 kW. Wszystkie moduły fotowoltaiczne wykonane zostaną z krzemowych ogniw monokrystalicznych z przednią metalizacją (ang. Front-Contact).
Dane techniczne budynku
Razem powierzchnia netto całego budynku: 1005,11 m2.
Kubatura netto: 4100,6 m3.
Charakterystyka energetyczna obiektu budowlanego
Budynek zaprojektowany w standardzie budynku pasywnego: projektowane zużycie energii na cele grzewcze: 15 kWh/m2rok, zakładana szczelność powietrzna n50 = 0,3 wymiany/h.
Budynek jest zaprojektowany w klasie A programu priorytetowego „Lemur” zgodnie z wymogami NFOŚ i GW. Mamy nadzieję, że przedstawione rozwiązania architektoniczne i instalacyjne pozwolą się stać Podkarpackiemu Centrum Transferu Niskoenergetycznych Technologii w Budownictwie wizytówką racjonalnej, współczesnej architektury proenergetycznej.
Tomasz Pyszczek
Architektura Pasywna Pyszczek i Stelmach Sp.j.
TRWA BUDOWA
Od października 2016 r. trwają prace budowlano-montażowe związane z budową Podkarpackiego Centrum Transferu Niskoenergetycznych Technologii w Budownictwie w Rzeszowie (PCTNTwB). Generalnym wykonawcą jest Besta Przedsiębiorstwo Budowlane Sp. z o.o.
Po przekazaniu wykonawcy dostępu do terenu budowy oraz zagospodarowaniu i ogrodzeniu placu budowy roboty budowlane rozpoczęto od wykonania wykopu pod zbiornik przeciwpożarowy oraz zbiornik wody deszczowej. W październiku zapoczątkowano również roboty konstrukcyjno-budowlane tych zbiorników (ułożono beton podkładowy, wykonano płytę denną wraz z izolacją). Kolejny miesiąc przyniósł ze sobą prace związane z wykonaniem ścian i stropów zbiorników (prace szalunkowe, zbrojarskie, betoniarskie), a także rozpoczęcie prac związanych z wykonaniem pozostałych izolacji.
W listopadzie wykonano przyłącze wodociągowe oraz zewnętrzną sieć kanalizacji deszczowej, a także opracowano dokumentację geologiczną dolnego źródła ciepła dla pomp ciepła. Opracowano dokumentację wykonawczą gruntowego wymiennika ciepła, który będzie umieszczony pod płytą fundamentową.
Fot. 2 Ułożone przewody GPWC, grudzień 2016 r. (fot. Ecoplastol)
Gruntowy powietrzny wymiennik ciepła (GPWC) zastosowany w PCTNTwB, produkcji firmy Ecoplastol, to układ równolegle ułożonych w gruncie przewodów połączonych w kolektorze o dużej średnicy (w przypadku Podkarpackiego Centrum jest to DN 400), przez który przepływa powietrze zewnętrzne. Na głębokości poniżej strefy przemarzania (np. 1,8 m p.p.t.) grunt otaczający wymiennik ma stabilną, zmieniającą się w niewielkim stopniu w skali roku temperaturę (od +5°C w zimie do +16°C latem).
Powietrze zewnętrzne przepływające przez GPWC zimą się ogrzewa, latem natomiast następuje jego schładzanie. Zimą, gdy temperatura zewnętrzna sięga -20°C, powietrze po przejściu przez GPWC osiąga temperaturę 0°C. Latem przy temperaturze zewnętrznej +30°C następuje schłodzenie do +18°C.
W przypadku budownictwa energooszczędnego i pasywnego GPWC jest ważnym elementem wspomagającym ogrzewanie i chłodzenie budynku, będąc jednocześnie odnawialnym źródłem energii (OZE), pozwalającym spełnić bardzo niskie wskaźniki zapotrzebowania na energię pierwotną.
Dodatkowo powietrze po przejściu przez GPWC przez zastosowanie filtra na czerpni terenowej pozbawione jest pyłków i kurzu.
GPWC zabezpiecza elementy wentylacji mechanicznej przed zamarzaniem i szronieniem zimą (nie ma potrzeby stosowania nagrzewnicy wstępnej).
Wymagana moc cieplna wymiennika obliczana jest zgodnie ze wzorem:
Vn – ilość nawiewanego powietrza wentylacyjnego, m3/h, p – gęstość powietrza (obliczenia robimy dla zimy, dlatego gęstość bierzemy dla -10°C),
p – ciepło właściwe powietrza nawiewanego (dla -10°C),
t1 – temperatura za wymiennikiem gruntowym, najczęściej -0°C,
te – temperatura powietrza zewnętrznego, obliczeniowa -20°C. Wymaganą długość wymiennika obliczamy wg wzoru:
Qw – wymagana moc wymiennika,
Rp – opór przenikania ciepła przez ściankę rury wymiennika, mK/W,
Rg – opór cieplny gruntu, mK/W,
FH – współczynnik cykliczności pracy wymiennika (dla 1-24 godzinny cykl dla 0,5-12 godzinny),
Δ
Po obliczeniu mocy oraz długości GPWC można policzyć zyski ciepła zimą i zyski chłodu latem. GPWC jest instalacją składającą się ze specjalnych rur antybakteryjnych, zakopanych pod ziemią (poniżej strefy przemarzania gruntu). Rury w wymienniku zastosowanym w Podkarpackim Centrum wykonane są z polietylenu wysokiej gęstości HDPE100 z wewnętrzną warstwą nanosrebra.
Działanie GPWC polega na wykorzystaniu dużej bezwładności gruntu na pewnej głębokości w ciągu roku. I tak w zimie mamy wstępne podgrzewanie powietrza wentylacyjnego budynku (temperatura po przejściu przez GPWC nie powinna spadać poniżej 0°C – dla temperatury obliczeniowej dla danej strefy klimatycznej), natomiast latem powietrze jest schładzane do 18-20°C.
Wymiennik ciepła w PCTNTwB wykonany został w grudniu 2016 r.
Na prace wykonawcze składało się m.in. wykonanie wykopu, zmontowanie przewodów DN 200 od studni rewizyjnych do studni kondensatu, ułożenie warstwy betonu podkładowego nad rurociągami GPWC oraz wykonanie nasypów z zagęszczeniem z pospółki i piasku pod płytę fundamentową.
Ponadto w ramach prac wykonawczych w grudniu wykonano część kanalizacji deszczowej pod płytą fundamentową, a także zamontowano żuraw wieżowy niezbędny do prac w dalszej części realizacji inwestycji.
Marcin Stolarski Ecoplastol Sp. z o.o.
Anna Mik
Podkarpacka OIIB
Uwaga: Artykuły o Podkarpackim Centrum Transferu ukazały się w nr 3/2016 („Projekt”) oraz 4/2017 („Trwa budowa”) dwumiesięcznika Podkarpackiej OIIB „Novum BUDOWLANE”. Kolejne informacje na temat stanu realizacji tej inwestycji znajdą się w czerwcowym numerze czasopisma „Novum BUDOWLANE”.
