W latach 447-432 p.n.e. na szczycie Akropolu w Atenach wybudowano Partenon – świątynię ku chwale bogini Ateny, a może, jak mówią niektóre źródła historyczne skarbiec Aten i Związku Morskiego. W marcu 2021 oddano do użytku budynek Wydziału Architektury i Wydziału Inżynierii Zarządzania Politechniki Poznańskiej.
Co te dwie budowle mają wspólnego? Doskonały projekt i mistrzowskie wykonanie. O ile Partenon stanowi mistrzostwo architektoniczne, o tyle wzorowany na nim budynek WAiWIZ jest „mistrzostwem świata” także w zakresie wykorzystania najnowszych technologii. Pod względem architektonicznym jest dziełem prof. Sławomira Rosolskiego, rozwiązania technologiczne opracował prof. Edward Szczechowiak.
Ten unikatowy budynek, zaprojektowany przez poznańskich profesorów, zrealizowało konsorcjum Mostostalu Warszawa i Acciony Construcciὸn. Budynek jest „prawie zeroenergetyczny”, czyli energia potrzebna do jego „życia” pochodzi z odnawialnych źródeł: jest pobierana z ziemi – przy wykorzystaniu pomp ciepła i ze słońca, dzięki zainstalowanym na dachu ogniwom fotowoltaicznym i przeszkleniom atrium. Prof. Szczechowiak wskazuje, że udział energii pierwotnej odnawialnej wynosi 90%-100%.
Dyrektywa Unii Europejskiej 2002/91/CE i późniejsza nowelizacja 2010/31/EU wprowadziła trzy parametry oceny efektywności energetycznej budynków: energię pierwotną nieodnawialną (EP), emisję ditlenku węgla (CO2) oraz udział energii odnawialnej. Założenia projektowe dotyczące współczynnika EP to 60 kWh/m2 rocznie, ostatecznie zaprojektowane na poziomie 21,67 kWh/m2 rocznie, przy wymaganiach wspomnianej dyrektywy dla budynków użyteczności publicznej od 2017 roku - 60 kWh/m2 rocznie i 45 kWh/m2 rocznie od 2021 roku. W praktyce budynek WAiWIZ zaprojektowany z zachowaniem dużo większego rygoru energetycznego niż wymagany przepisami przerósł oczekiwania. Wykonane pomiary pokazały wynik EP=0-18,0 kWh/(m2a). Pojawił się też pewien nadmiar energii, który przekazywany jest na potrzeby budynku sąsiedniego – Wydziału Chemii Politechniki Poznańskiej.
Wróćmy jednak do założeń projektowych. Poniżej pokazano rycinę z prezentacji prof. E. Szczechowiaka i prof. S. Rosolskiego pokazującą koncepcję budynku i HVAC. Koncepcja uwzględnia zalecenia architektoniczne, instalacyjne i eksploatacyjne.
Szczechowiak & S. Rosolski • BUDMA 2022
Przegląd metod, które pozwoliły osiągnąć taki rewelacyjny wynik zacznijmy od wymogu spełnienia zaleceń architektonicznych. Budynek zaprojektowano jako prostą, zwartą bryłę o współczynniku kształtu A/V = 0,2 1/m z dużą powierzchnią przeszkleń umożliwiającym pozyskanie ciepła słońca zimą, latem dostęp ciepła słonecznego jest ograniczany zamontowanymi na wszystkich oknach sterowanymi automatycznie żaluzjami. Współczynnik przenikania ciepła dla okien U≤0,8 W/(m2K) – okna zespolone trzyszybowe. Budynek ma 4 kondygnacje, w tym 3 nadziemne. Wymiary budynku: 74,36 x 66,00, wysokość części nadziemnej: 11,80m, wysokość fundamentów: 16,40 m. Współczynniki przenikania ciepła dla ścian, stropodachu i posadzki na gruncie wynoszą odpowiednio: 0,1 W/(m2K), 0,1 W/(m2K) i 0,15 W/(m2K). Pojemność cieplną zapewniają: żelbetowa konstrukcja oraz stropy grzewczo-chłodzące. Strony grzewczo-chłodzące pokrywają 67% powierzchni i zapewniają grzanie na poziomie 30/25°C a chłodzenie do temperatury 15/19°C. Centralną część budynku zajmuje olbrzymie atrium, pomieszczenia użytkowe zabudowane są wokół atrium. Dla obniżenia strat ciepła wentylacji zastosowano wysokosprawny odzysk ciepła oraz wymiennik gruntowy. Dla poszczególnych pomieszczeń zapewniono wentylację zmienną – wg bieżących potrzeb. Dla budynku wykonano próbę szczelności otrzymując wynik .
Drugim aspektem uzyskania tak dobrych parametrów budynku są instalacje – HVAC, czyli ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja. Jako jednolity system ma zapewnić użytkownikom odpowiedni komfort cieplny, zadbać o stałą wymianę i odpowiedną jakość powietrza w budynku. A odpowiednia jakość to także odpowiednia wilgotność, brak pyłów, grzybów, czy pleśni. System jest zintegrowany, a poszczególne elementy wzajemnie na siebie oddziałują i zapewniają znaczne oszczędności. Są też inne korzyści – nie ma potrzeby otwierania okien (co zapewnia dobrą izolację akustyczną), ponadto zarówno przepływ powietrza, jaki i temperaturę można regulować dla każdego pomieszczenia (grupy pomieszczeń) indywidualnie.
Źródłem ciepła i chłodu jest energia geotermalna – 26 sond gruntowych pionowych, umieszczonych na głębokości 150 m. Zadanie sprawienia, aby pozyskana w ten sposób energia była użyteczna należy do pomp ciepła. W maszynowni pomp ciepła, zlokalizowanej w najniższej, podziemnej kondygnacji, zamontowano 3 pompy ciepła o mocy 3x60 kW oraz kocioł elektryczny 60 kW.
Osiągnięcie komfortu w pomieszczeniach pozwala wymiennik gruntowy powietrzny. Długość gruntownego wymiennika ciepła: 4 aorty po 65,50 mb przy średnicy 1200 mm. W gruncie, w którym umieszczono rurociąg panuje prawie stała temperatura ok. 3°C do 5°C. Wprowadzone do wymiennika powietrze zewnętrzne wstępnie ogrzewa się zimą, natomiast latem – obniża temperaturę. Objętość wymienianego w ciągu godziny powietrza jest olbrzymia i wynosi 47370 m3. Objętość wymienianego powietrza w poszczególnych pomieszczeniach jest regulowana automatycznie w zależności od bieżących potrzeb.
Energia elektryczna wykorzystywana na potrzeby budynku pochodzi z sieci zewnętrznej systemowej oraz z instalacji fotowoltaicznej umieszczonej na dachu. Istniejąca instalacja PV na budynku WAiWIZ to ok. 200 kWp. Dach budynku stanowi ciekawą strukturę: zamontowano na nim pod kątem 40 stopni panele fotowoltaiczne. Naprzeciwko grup paneli, pod kątem 20 stopni jest przeszklenie atrium – okna posiadają standardowe wymiary oraz możliwość uchylania. Taki sposób montażu umożliwia nie tylko lepsze doświetlenia atrium, ale również pozyskanie dodatkowych promieni słonecznych przez panele fotowoltaiczne. Pomiędzy rzędami układu panel-przeszklenie znajdują się pomosty techniczne umożliwiające prowadzenie prac serwisowych oraz odprowadzenie wody deszczowej z zadaszenia.
I tutaj pojawia się najważniejsze pytanie skąd to wszystko wiemy?
Na wycieczkę do budynku WAiWIZ zabrał nas Pan dr inż. Andrzej Grzybowski. Z dużym zaangażowanym opowiadał nam o urządzeniach technicznych zamontowanych w budynku i wynikających z tego korzyściach dla Wydziału oraz środowiska. W zaprezentowanym referacie poszedł znacznie dalej – dowiedzieliśmy się o urządzeniach zainstalowanych na Kampusie Piotrowo oraz na lotnisku w Kąkolewie, a nawet o planowanej inwestycji na terenie Kobylnica-Ligowiec. Dziękujemy kol. Andrzejowi Grzybowskiemu i liczymy, że zabierze nas na kolejne inspirujące wycieczki.
Z kolei po budynku WAiWIZ oprowadził nas Pan inż. Kacper Guzik, pokazał nam zamontowane urządzenia, pozwolił zajrzeć do każdej dziury oraz długo i cierpliwie odpowiadał na wszystkie pytania za co mu bardzo dziękujemy.
Dziękujemy również władzom Politechniki, szczególnie Panu Kanclerzowi PP dr Łukaszowi Kalupie za umożliwienie wejścia we wszystkie zakamarki budynku WAiWIZ, przede wszystkim te niedostępne przy zwykłym użytkowaniu.
Opracowała: Natalia Steinke