Polska obecnie tworzy nowy kształt polityki energetycznej, która będzie nie tylko kompatybilna z celami wyznaczonymi przez Unię Europejską, lecz także uwzględni rozwój narodowego potencjału energetycznego i zrównoważony rozwój gospodarki.
Działania Unii Europejskiej na rzecz zrównoważonego rozwoju
W komunikacie Komisji Europejskiej z 2010 r. „Energia 2020” uznano efektywnos?c? energetyczną za kluczowy element unijnej strategii energetycznej i wskazano na potrzebę opracowania nowej strategii w zakresie efektywnos?ci energetycznej, która umożliwi wszystkim państwom członkowskim rozdzielenie zużycia energii od wzrostu gospodarczego. W 2011 r. Komisja Europejska przyjęła projekt „Europa efektywnie korzystająca z zasobów”, w której efektywnos?c? energetyczną okres?lono jako jeden z najważniejszych elementów służących zapewnieniu zrównoważonego wykorzystywania zasobów energetycznych. Zaostrzenie polityki racjonalizacji zużycia energii w sektorze zasobów budowlanych wprowadziła dyrektywa 2012/27/UE z dnia 25 października 2012 r. w sprawie efektywnos?ci energetycznej, zmiany dyrektyw 2009/125/WE i 2010/30/UE oraz uchylenia dyrektyw 2004/8/WE i 2006/32/WE.
W Polsce od 1 stycznia 2014 r. obowiązuje rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. poz. 926). Prawo budowlane oraz rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego z dnia 25 kwietnia 2012 r. także zasadniczo zmieniają podstawy projektowania i inwestowania w zakresie zużycia energii. Projekt architektoniczno-budowlany powinien wskazać zarówno sposób dostosowania do krajobrazu i otaczającej zabudowy, wyposażenie konstrukcyjno-budowlano-instalacyjne, jak i najbardziej ekonomiczne rozwiązanie w zakresie gospodarki energetycznej i wpływu na środowisko budynku.
Fot. 1 Makieta Wilhemsburg Mitte (www.iba.hamburg.de)
Narodowy program rozwoju gospodarki niskoemisyjnej
Polska obecnie tworzy nowy kształt polityki energetycznej, która będzie nie tylko kompatybilna z celami wyznaczonymi przez Unię Europejską, lecz także uwzględni rozwój narodowego potencjału energetycznego i zrównoważony rozwój gospodarki.
Narodowy program rozwoju gospodarki niskoemisyjnej przygotowywany przez resorty gospodarki i środowiska podkreśla znaczenie nie tylko efektywności energetycznej kraju, ale także prognoz i potrzeb polskiej branży energetycznej i ciepłowniczej oraz ich potencjału inwestycyjnego.
Nowelizacja z dnia 26 lipca 2013 r. ustawy – Prawo energetyczne oraz niektórych innych ustaw, czyli tzw. mały trójpak energetyczny, od dnia 11 września 2013 r. wdraża w pełniejszy od dotychczasowego sposób przepisy unijne promujące wykorzystywanie energii ze źródeł odnawialnychoraz regulujące wspólne zasady rynku wewnętrznego energii elektrycznej i gazu ziemnego oraz działa na rzecz rozwoju energetyki prosumenckiej.
Fot. 2 Ministerstwo Rozwoju Miasta i Ochrony Środowiska (biuro architektoniczne Sauerbruch Hutton)
Przykład samowystarczalnej energetycznie inteligentnej dzielnicy Hamburga – Wilhemsburg Mitte
W Hamburgu, na wyspach Łaby, powstała (w ramach Międzynarodowej Wystawy Budownictwa IBA Hamburg) nowa energooszczędna dzielnica Wilhemsburg Mitte. Ekologiczna dzielnica i jej budynki są samowystarczalne energetycznie.Widać tu wykorzystanie gospodarki niskoemisyjnej. Mieszkańcy i osoby pracujące w dzielnicy zachęceni zostali do zmniejszenia zużycia energii i wytwarzania odpadów.
Głównym celem twórców przemian była rewitalizacja zdegradowanej dzielnicy robotniczej przez stworzenie przyjaznego dla mieszkańców otoczenia i inteligentnych rozwiązań architektoniczno-urbanistycznych.
Na makiecie (fot. 1) widoczna jest brama dzielnicy – oznaczona nr 12 (centrum administracyjne), nr 13 – dom lekarza. Budynki oznaczone numerami 13–17 tworzą kompleks centrum usług medycznych. Budynek oznaczony nr 18 i 19 to hala sportowa i basen, budynki nr 1–11 zabudowa mieszkaniowa, w tym np. budynki hybrydowe, łączące powierzchnie do pracy i mieszkaniowe, budynki na wodzie.
Wszystkie budynki charakteryzują się nowatorskimi rozwiązaniami i są zeroenergetyczne. Mają całkowite zapotrzebowanie na ciepło mniejsze niż 35 kWh/(m˛), nadwyżka energii wyprodukowanej przez budynek przekazywana jest do osiedlowej sieci i tzw. wirtualnej elektrowni dzielnicowej. Ta wirtualna elektrownia to organizacja wzajemnie powiązanych jednostek wytwórczych (prosumentów) zaspokająca potrzeby lokalne. Zasadniczym jej elementem w Hamburgu jest magazyn energii w zbiorniku wodnym danego bunkra (Energiebunker, podczas wojny przed nalotem mogło schronić się w nim 30 tys. osób, dziś mieści basen – zbiornik wody, którą można podgrzać energią z OZE produkowaną przez prosumentów i wykorzystać do ogrzewania 3 tys. mieszkań). Możliwość magazynowania energii umożliwia rezygnację z ograniczeń produkcji energii z OZE i pozwala na elastyczność odbioru w zależności od popytu konsumentów finalnych.
Fot. 3 Budynek z fasadą biologiczną (SPLITTERWERK, Label für bildende Kunst)
Dzielnica zamieszkana przez 50 tys. osób posiada już wielu własnych producentów energii (prosumentów) zasilających wirtualną elektrownię i jest ich coraz więcej. Siedziby dwóch producentów są także punktami widokowymi na miasto. Są to Energiebunker oraz Energieberg – producent metanu i energii wiatrowej na obszarze byłego wysypiska śmieci Deponie Georgswerder (pierwsze turbiny wiatrowe ustawiono na czubku składowiska w 1990 r.). Obecnie panele słoneczne i wiatraki na terenie dawnego wysypiska dostarczają prąd dla 4 tys. mieszkań. Dzielnica jest samowystarczalna energetycznie i nawet zarabia na wprowadzaniu energii do sieci, sama pokrywa koszty oczyszczania wody ściekowej i transportu osiedlową kolejką.
W ramach programu IBA Hamburg (Internationale Bauausstellung) prezentującego najnowsze osiągnięcia na polu architektury, planowania przestrzennego i projektowania miejskiego zrealizowano wiele interesujących, inteligentnych i ekologicznych budynków mieszkalnych, których kilka przedstawiono niżej.
Fot. 4 Zielone elementy fasady budynku z PCM, panele fotowoltaiczne w formie balustrad balkonowych i dachowej (projekt: biuro Zillerplus)
Centrum medyczne i nowy budynek Ministerstwa Rozwoju Miasta i Ochrony Środowiska
Na fot. 2 pokazano 5–13-piętrowy kompleks o długości 200 m Ministerstwa Rozwoju Miasta i Ochrony Środowiska. Budynki te zużywają 70 kWh/m2 energii pierwotnej, aż o 1/3 mniej, niż wymagają tego niemieckie przepisy (rozporządzenie z 2009 r.). Pod terenami zieleni towarzyszącej kompleksowi znajduje się centrala zasilania dzielnicy w ciepło, magazynująca ciepło geotermalne i ciepło z kolektorów słonecznych budynku. Pod posesją zlokalizowano ponad 1000 słupów przesyłowych do magazynu ciepłego i zimnego powietrza, w zimie wspomagającego system grzewczy, a latem system chłodzenia.
Fot. 5 SOFT House – południowa fasada z ruchomymi membramami osłaniającymi tarasy (Kennedy & Violich Architecture)
BIQ Wilhelmsburg Mitte
Budynek, którego szklane fasady biologiczne produkują energię. Jej producentem są mikroalgi – rośliny wielkości bakterii żyjące w szklanej okiennicy. Algi bardzo szybko rosną, czerpią energię potrzebną do wzrostu z fotosyntezy, fermentują i produkują biogas (fot. 3). W odpowiednich warunkach mogą efektywniej przekształcać energię słoneczną niż nowoczesne panele słoneczne, podwajając swoją masę kilkakrotnie w ciągu dnia.
Fot. 6 SOFT House – każdy segment ma swoje wejście z parteru i tarasu na piętrze, co umożliwia podział powierzchni, np. na mieszkalną i biurową
Smart it’s Grunt
Na elewacji tego pięciopiętrowego zeroenergetycznego budynku zastosowano materiały zmiennofazowe PCM wpływające znacznie na komfort cieplny obiektu przez magazynowanie ciepła w dzień, gdy temperatura na zewnątrz jest wyższa, i oddawanie go nocą. Zastosowanie PCM nie tylko zmniejsza zużycie energii, ale pozwala na wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych bez dodatkowych kosztów inwestycyjnych. Specjalnie zaprojektowane okna w budynku znacznie ograniczają straty ciepła. Przesuwane zielone okiennice fasady dają naturalny cień, chroniąc przed silnym słońcem (fot. 4).
SOFT House
Budynek charakteryzuje tzw. dynamiczna fasada z włókien węglowych, zbudowana z wielu modułów zawierających ogniwa fotowoltaiczne. Membrana na południowej elewacji reaguje na działanie promieni słonecznych, kieruje się zawsze w stronę słońca. Fasada latem zapewnia ocienienie budynku, natomiast zimą minimalizuje straty ciepła, pozwalając światłu wniknąć głęboko do wnętrza. Intensywność naświetlenia może być sterowana przez mieszkańców (fot. 5 i 6).
W każdym segmencie stworzono atrium przebiegające przez trzy kondygnacje, co daje lepszy obieg powietrza oraz przynosi światło słoneczne głęboko do pomieszczeń na parterze. Wewnętrzne automatyczne zasłony są częścią systemu. Współpracują one z wentylatorami okiennymi. Zasłony wewnętrzne pozwalają mieszkańcom tworzyć nowe przestrzenie wewnątrz budynku. Zamontowano w nich oświetlenie LED zasilane z własnych ogniw fotowoltaicznych. Przy budynku jest parking dla rowerów i pojazdów elektrycznych.
Budynki w dzielnicy mają charakter hybrydowy,łącząc pomieszczenia do pracy i mieszkania; przeznaczenie można zmieniać w zależności od potrzeb. I tak budynek hybrydowy widoczny na fot. 7 daje możliwości pracy i mieszkania pod jednym dachem w 16 mansardowych modułach naświetlanych od południa i północy lub wschodu i zachodu. Dzięki takiemu układowi rzutów mieszkania mają światło z czterech stron świata jak w domku jednorodzinnym, co podkreślają dodatkowo ogródki loggie, a dla górnych lokali zielony dach użytkowy. Instalacje i urządzenia techniczne są rozłożone w sposób pozwalający na dowolną zmianę funkcji pomieszczeń.
Fot. 7 Budynek hybrydowy
Wytyczne miasta dla inteligentnej dzielnicy Hamburga – Wilhemsburg Mitte
Wszystkie projekty dzielnicy Wilhelmsburg Mitte spełniają założone przez miasto Hamburg kryteria.
Wartość dodana dzielnicy ma polegać na ożywieniu i trwałym rozwoju półwyspu na Łabie o powierzchni miasta wielkości 35 km kw.
Prace projektowo-wykonawcze trwały siedem lat.
Odnowiono energetycznie 500 mieszkań, 3000 nowych mieszkań ma powstać w następnych latach.
Najważniejszym wyzwaniem jest spełnienie kryterium społecznego – nikogo z mieszkańców (55 tys.) nie wolno zmusić do zmiany miejsca zamieszkania. Dzielnica zamieszkana jest przez wielu obcokrajowców (prawie 60%). Wszystkich zaproszono do współpracy, 1700 mieszkańców, 30 różnych narodowości współpracowało ściśle przy projekcie, przedstawiając swoje potrzeby i upodobania projektantom. Powstało centrum kultury zwane bramą do świata, w którym zlokalizowano wiele pomieszczeń do prowadzenia np. szkoleń.
Hamburg przeżył w 1962 r. tragedię pęknięcia wałów w czasie wielkiej powodzi, w wyniku której utonęło 300 mieszkańców. Również obecnie zmiany klimatu są w mieście widoczne. Ważnym zadaniem jest ochrona dzielnicy przed powodzią. Odpowiednia gospodarka gruntami jest wobec tego bardzo istotna.
Budynki IBA Hamburg mają charakter laboratorium.
Zadaniem projektu było wskazanie kierunku rozwoju energooszczędnej dzielnicy miasta przyszłości, przy czym:
– koszt budowy nie może przekraczać średniego kosztu budowy metra kwadratowego w dzielnicy – budynki po zakończeniu prezentacji IBA zostaną sprzedane na rynku pierwotnym,
– zapewniona jest ochrona przed powodzią,
– zagwarantowana jest wysoka wydajność energetyczna budynku i dzielnicy (zeroenergetyczne budynki, wirtualna elektrownia),
– budynki wymuszają na mieszkańcach podejmowanie działań na rzecz ochrony środowiska, np. ograniczanie ilości odpadów, ograniczanie przejazdów samochodem.
Wnioski
Łączna moc tylko instalacji fotowoltaicznych w niemieckim systemie energetycznym wynosi już niemal 30 tys. MW (w Polsce wszystkie energetyczne moce wytwórcze mają łącznie ok. 37 tys. MW).
Z doświadczeń dzielnicy Hamburg Wilhelmsburg Mitte można korzystać w Polsce.Warunki klimatyczne są bardzo podobne, Polska ma dobre warunki do pozyskiwania energii ze słońca: średnia produkcja 1 MW elektrowni słonecznej wynosi w Warszawie 891 MWh, a w Hamburgu tylko 876 MWh. W Polsce energetyka słoneczna jest jednak wciąż w powijakach, choć kolektory zainstalowało już 110 tys. użytkowników, tj. 0,032 mkw. na głowę mieszkańca, moc instalacji opartych na tej technologii nie osiągnęła jeszcze 2 MW. Dlatego warto skorzystać z możliwości, jakie daje Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej realizujący we współpracy z bankami program dopłat do zakupu i montażu kolektorów. Program dopłat do kredytów przygotowany jest głównie na potrzeby gospodarstw domowych i wspólnot mieszkaniowych na lata 2010–2014.
Założenia polityki energetycznej UE obowiązują wszystkie kraje członkowskie. Do wzrostu efektywności energetycznej budynków nowych i istniejących dąży się wielu krajach, np. od 2013 r. w Danii obowiązuje zakaz instalowania kotłów na ropę i gazowych w nowych budynkach, a zakaz ich eksploatacji obowiązywał będzie od 2015 r. również w budynkach istniejących.
Autorka uważa, że zrealizowane na początku lat 90. przez hiszpański instytut ITER (Instituto Tecnológico y de Energías Renovables) osiedle jest najbardziej przekonującym przykładem budownictwa o zerowym zapotrzebowaniu na energię. ITER został założony po wejściu Hiszpanii do UE w Granadila de Albona – zainteresowanych odsyłam na stronę www.iter.es.
Jest to jedyne osiedle na świecie, w którym od 20 lat badane jest minimalne zużycie energii w budownictwie jednorodzinnym. Osiedle zostało zbudowane w celach badawczych i edukacyjnych. Zlokalizowane jest na terenie instytutu badawczego, co pozwala na stały monitoring, opracowanie wyników i wniosków na potrzeby lokalnej zabudowy i podobnej w innych regionach. ITER pracuje nad rozwojem i technologiami, które są ukierunkowane na zastosowanie OZE i efektywne zarządzanie zasobami naturalnymi. ITER jest wiodącym ośrodkiem w opracowaniu koncepcji rozwojowych w budownictwie zeroenergetycznym na świecie.
W naszym kraju także potrzebujemy zbudowania przykładowego zespołu mieszkaniowego – dzielnicy samowystarczalnej energetycznie. Takie wzorcowe zespoły przekonują społeczeństwo, pozwalają na zastosowanie i badanie nowych technologii, edukują i otwierają nowe perspektywy.
architekt-urbanista Janina Kopietz-Unger
profesor Uniwersytetu Zielonogórskiego,
członek Społecznej Rady Narodowego Programu Redukcji Emisji
