Modernizacja istniejącego już budynku do standardu energooszczędnego to z reguły bardzo skomplikowane zadanie. W podkrakowskiej Miękini udało się w ten sposób przekształcić ponad 60-letni budynek, który obecnie pełni funkcję nowoczesnego laboratorium energetyki przyjaznej środowisku.

Wzniesiony w latach 1946-1950 budynek powstał na terenie dawnego kamieniołomu porfiru, który do połowy lat 70. funkcjonował w Miękini, niewielkiej miejscowości oddalonej ok. 30 km na zachód od Krakowa (gmina Krzeszowice). Pierwotnie w budynku znajdowała się siedziba administracji kopalni. Na początku lat 90. obiekt pozyskała Akademia Górniczo-Hutnicza (AGH) i utworzyła w tym miejscu ośrodek dydaktyczny.
– Początkowo obiekt służył uczelni głównie jako baza noclegowa dla studentów kartografii, którzy odbywali w Miękini praktyki terenowe. W 1997 roku za sprawą prof. Wojciecha Góreckiego – kierownika laboratorium i pracownika Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH – podjęta została inicjatywa, aby przekształcić ten budynek w nowoczesny ośrodek naukowo-badawczy, zajmujący się tematyką odnawialnych źródeł energii. Taki kierunek wynikał z potrzeby stworzenia zaplecza dydaktycznego dla studentów specjalizacji poświęconej OZE, która wówczas została utworzona na wydziale – wyjaśnia Jarosław Kotyza, koordynator merytoryczny laboratorium w Miękini.

Budynek laboratorium przed przebudową (źródło: Archiwum laboratorium w Miękini)

Aby umożliwić studentom nowej specjalizacji zdobywanie praktycznej wiedzy na temat działania instalacji OZE, w roku 2008 uczelnia pozyskała środki z Małopolskiego Regionalnego Programu Operacyjnego na przebudowę ośrodka. Dzięki unijnemu wsparciu na bazie istniejącego budynku powstało nowoczesne Laboratorium Edukacyjno-Badawcze Odnawialnych Źródeł i Poszanowania Energii AGH w Miękini, przystosowane zarówno do prowadzenia zajęć dydaktycznych, jak i prac laboratoryjnych.

Budynek laboratorium po przebudowie (fot. ChronmyKlimat.pl)

OZE w teorii i praktyce

Modernizacja budynku związana była nie tylko z poprawieniem jego właściwości termoizolacyjnych, ale z przebudową całego obiektu i nadaniem mu nowych funkcji. W efekcie powstało miejsce, które umożliwia studentom uzupełnianie wiedzy teoretycznej, zdobywanej na wydziale uczelni. Na parterze budynku zaplanowano m.in. salę wykładową z stanowiskami laboratoryjnymi oraz pokoje biurowe dla pracowników.

Sala wykładowa (fot. ChronmyKlimat.pl)

W części podziemnej, w której dawniej znajdowała się kotłownia i pomieszczenie magazynowe, utworzono pracownię instalacji OZE.
– Jest to serce naszego ośrodka, tu zintegrowane są wszystkie urządzenia, pracujące na rzecz budynku. Do tematu odnawialnych źródeł energii podeszliśmy w dwojaki sposób. Z jednej strony wykorzystujemy znajdujące się w budynku i jego otoczeniu urządzenia do edukacji studentów – wyjaśniamy, jak działają pompy ciepła, kolektory słoneczne czy panele fotowoltaiczne. Z drugiej zaś pokazujemy ich działanie w praktyce, ponieważ instalacje te pracują na rzecz budynku, generując ciepło, chłód i energię elektryczną. Wszystkie instalacje OZE są dodatkowo opomiarowane, tak więc wraz ze studentami możemy na bieżąco monitorować i analizować parametry pracy tych urządzeń oraz odpowiednio sterować całym układem – wyjaśnia koordynator projektu.

Pracownia instalacji OZE (fot. ChronmyKlimat.pl)

Podczas gdy część podziemna i parter służą działalności edukacyjno-badawczej, na piętrze budynku zaplanowano strefę noclegową (m.in. 12 pokoi 2- lub 3-osobowych, zapewniających w sumie nocleg dla 30 osób).
– Formułując podstawy projektu wyszliśmy z założenia, że oddalając się o 30 km od Krakowa, musimy w taki sposób zaaranżować pracę studentów, aby umożliwić im kilkudniowy pobyt w ośrodku. W tym celu konieczne było stworzenie niezbędnej infrastruktury noclegowej i sanitarnej oraz zaplecza kuchennego – dodaje Jarosław Kotyza.

Laboratorium w Miękini powstało głównie z myślą o studentach Akademii Górniczo-Hutniczej (m.in. kierunku Ekologiczne Źródła Energii uruchomionego na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska). Jednak coraz częściej odwiedzają je także studenci i pracownicy innych uczelni. Laboratorium rozpoczęło także współpracę z pobliskim technikum, które w zeszłym roku uruchomiło kierunek związany z kształceniem instalatorów systemów OZE. Z myślą o lokalnej społeczności organizowane są także dni otwarte, mające na celu przybliżenie mieszkańcom gminy Krzeszowice tematyki wykorzystania odnawialnych źródeł i poszanowania energii.

Poza edukacją, działalność laboratorium skupia się na prowadzeniu prac badawczych. Zastosowanie różnych systemów OZE (np. różnych typów kolektorów słonecznych, ogniw fotowoltaicznych oraz pomp ciepła) pozwala pracownikom uczelni testować poszczególne urządzenia i określać czynniki wpływające na efektywność ich pracy.

Energooszczędny budynek laboratorium to pierwsza z inwestycji, jaką uczelnia zaplanowała na terenie Miękini. Docelowo ma powstać tu Małopolskie Centrum Odnawialnych Źródeł i Poszanowania Energii AGH, w którego skład wejdą liczne obiekty, m.in. modelowy dom pasywny, laboratorium budownictwa naturalnego, mała elektrownia wodna i wiatrowa, mikrobiogazownia oraz laboratorium geotermalne. Te inwestycje, wraz z przewidzianą infrastrukturą turystyczną (np. parkiem linowym), stanowią elementy planu rewitalizacji terenu dawnego kamieniołomu, który gmina Krzeszowice zamierza realizować przy współpracy z krakowską uczelnią.

Kompleksowa modernizacja

Inwestorzy zdecydowali się zmodernizować istniejący obiekt w taki sposób, aby uzyskał on status budynku energooszczędnego. Prace związane z przebudową ośrodka o powierzchni ponad 900 m² trwały ok. 1,5 roku i zakończyły się na początku 2012 roku. Uprzednio zapotrzebowanie budynku na energię do ogrzewania określono na 350 kWh/m²/rok, a przeprowadzone prace pozwoliły ograniczyć je do poziomu 40 kWh/m²/rok. Zaś zapotrzebowanie budynku na energię pierwotną wynosi obecnie ok. 60 kWh/m²/rok.

– Gdy rozpoczynaliśmy pracę nad tym projektem, budynek był w bardzo złym stanie technicznym, co potwierdziły zdjęcia wykonane podczas badania termowizyjnego. Planowane działania wymagały zatem kompleksowego podejścia – przeprowadzona została niemalże kompletna termomodernizacja budynku; z ociepleniem podłóg i ścian, wymianą posadzek, stolarki budowlanej i całego dachu oraz wprowadzeniem nowego systemu ogrzewania i wentylacji – wyjaśnia arch. Tomasz Pyszczek z pracowni Architektura Pasywna Pyszczek i Stelmach, która zaplanowała przebudowę obiektu.
Główna fasada budynku znajduje się od strony południowo-zachodniej, co dzięki zaplanowanym przestronnym przeszkleniom pozwoliło naturalnie oświetlić i dogrzać znajdujące się w tej części budynku pomieszczenia (m.in. salę warsztatową i pokoje pracowników). W odnowionym budynku zastosowano szczelne okna i drzwi, spełniające standardy dla budynku pasywnego (o współczynniku przenikania ok. 0,8 W/m²K).

Z uwagi na cenny układ murów zewnętrznych architekci zdecydowali się na izolację wewnętrzną, co nie jest rozwiązaniem często praktykowanym. – Oryginalna kamienna fasada budynku była bardzo dobrze zachowana, dlatego postanowiliśmy w pewnych miejscach pozostawić dawny układ murów i zastosować wewnętrzną izolację ścian. Wówczas zamknięciem powłoki termicznej jest przeszkolona fasada, która spełnia w projekcie również funkcję izolacyjną – wyjaśnia architekt. Do ocieplenia posadzki wykorzystano 25 cm płyty wykonane z polistyrenu ekspandowanego (EPS), zaś nowy dach zaizolowano 40 cm warstwą wełny mineralnej. Do izolacji zewnętrznej ścian zastosowano 30 cm warstwę styropianu, zaś w miejscach, gdzie wykonano izolację wewnętrzną, zamontowano 8 cm warstwę pianki poliuretanowej (PIR).

Przeszklona fasada budynku (fot. ChronmyKlimat.pl)

Prace modernizacyjne zakładały także wymianę systemu wentylacji – wcześniej w budynku funkcjonowała wentylacja grawitacyjna, która w nowym obiekcie została zamieniona na wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła o sprawności powyżej 75%. Nowoczesny system wentylacji składa się z dwóch centrali wentylacyjnych – jedna z nich obsługuje pomieszczenia sanitarne i pokoje hotelowe, druga zaś dostarcza powietrze do pozostałych części budynku.

Do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń wykorzystywane są cztery pompy ciepła, których przeznaczenie, z uwagi na wymiar edukacyjny, zostało czytelnie rozdzielone. Pierwsza z nich odpowiada za przygotowanie ciepła na potrzeby wentylacji, druga służy do zasilania ogrzewania podłogowego. Dwie pozostałe pompy ciepła pracują zamiennie i służą do przygotowywania ciepłej wody użytkowej oraz zasilania niewielkiej liczby konwencjonalnych grzejników, znajdujących się w budynku. Instalacja pomp ciepła daje również możliwość chłodzenia pasywnego¹.

Jako układ wspomagający przygotowywanie ciepłej wody użytkowej wykorzystywane są kolektory słoneczne – zamontowane na dachu kolektory próżniowe (o powierzchni ok. 18 m²) oraz ustawione obok budynku kolektory płaskie (ok. 10 m²).

Instalacja kolektorów słonecznych płaskich (fot. ChronmyKlimat.pl)

W projekcie przewidziano także wykorzystanie ogniw fotowoltaicznych – początkowo porównywano pracę paneli na stelażu stałym oraz tzw. trackerze, który podąża za słońcem, dostosowując położenie paneli. Obecnie zlokalizowane w otoczeniu budynku pole badawcze fotowoltaiki zostało wzbogacone o komplet różnego rodzaju paneli fotowoltaicznych –monokrystaliczych, polikrystaicznych, cienkowarstwowych oraz paneli PVT, które produkują nie tylko energię elektryczną, ale także ciepło.

Panele fotowoltaiczne umieszczone na trackerze i stelażu stałym (fot. ChronmyKlimat.pl)

– Projektując instalację fotowoltaiczną nie myśleliśmy w takich kategoriach, aby w pełni zabezpieczyć potrzeby energetyczne tego budynku. Instalacja ma jedynie wymiar edukacyjny i badawczy, aczkolwiek generuje swoją moc (aktualnie ok. 3 kW) i wytworzony w ten sposób prąd jest wykorzystywany do zasilania centrali wentylacyjnej – wyjaśnia Jarosław Kotyza.

Pole badawcze fotowoltaiki (fot. ChronmyKlimat.pl)

Do obsługi technicznej laboratorium wykorzystywany jest system zarządzania budynkiem BMS², wzbogacony o czujniki służące celom dydaktycznym (m.in. czujniki temperatury i wilgotności, pozwalające na monitorowanie warunków panujących w przegrodach budynku). System BMS umożliwia m.in. sterowanie oświetleniem, temperaturą oraz wentylacją w każdym pomieszczeniu z osobna. W laboratorium wykorzystywany jest także system DigiEnergy, który służy do zbierania i archiwizacji parametrów instalacji grzewczo-chłodzącej. Daje on możliwość generowania np. wykresów dziennych i rocznych z przebiegu produkcji energii oraz efektywności pracy poszczególnych urządzeń, co wykorzystywane jest zarówno w edukacji studentów, jak i badaniach pracowników AGH.

W projekcie modernizacji przewidziano także rozwiązania w zakresie oszczędności wody – woda deszczowa oraz tzw. woda szara³ są gromadzone i ponownie wykorzystywane np. do spłukiwania toalet czy podlewania roślin.

Koszty projektu

Budowa laboratorium kosztowała ok. 6,5 mln zł i została dofinansowana ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Małopolskiego Regionalnego Programu Operacyjnego na lata 2007-2013. Należy podkreślić jednak, że jest to pełny koszt inwestycji wraz z wyposażeniem.

Roczne koszty ogrzewania obiektu o powierzchni ponad 900 m² wynoszą ok. 6,5 tys. zł i można oszacować, że w porównaniu do tradycyjnego budynku opłaty te są 5-krotnie niższe. Trudno jednak porównywać te kwoty z kosztami ogrzewania przed modernizacją, ponieważ – jak wyjaśnia koordynator laboratorium – budynek był wówczas mniejszy, ogrzewany gazem i nie był używany w takim zakresie jak obecnie.

Przypisy:
1. Chłodzenie pasywne (inaczej chłodzenie naturalne) pozwala korzystać z naturalnego schładzania pomieszczeń czynnikiem z dolnego źródła, oddającym ciepło do gruntu. Latem temperatura gruntu jest bowiem znacznie niższa od temperatury panującej w pomieszczeniach.
2. System zarządzania budynkiem (ang. BMS - Building Management Systems).
3. Woda szara stanowi część zanieczyszczonej wody pozbawionej fekaliów i wysoko obciążonych ścieków kuchennych.

Anna Dąbrowska

ChronmyKlimat.pl
Energooszczędne 4 kąty