Prefabrykacja w renowacji budynków w UE i Polsce

Wskaźnik renowacji budynków w UE wynosi obecnie ok. 1% rocznie. Zwiększenie go do 3% rocznie w perspektywie do 2050 roku przyniosłoby zmniejszenie zapotrzebowania na energię o 80% w porównaniu do poziomu z 2005 roku. Termomodernizacja budynków z wykorzystaniem elementów prefabrykowanych przeszła w ostatnich 20 latach z fazy prototypowej do wdrożeń na coraz szerszą skalę, a projekty domów jednorodzinnych i budynków użyteczności publicznej z elementów prefabrykowanych spełniają obecne wymagania energetyczne. Renowacja modułowa ma szansę skrócić czas i koszty prac termomodernizacyjnych w budynkach wielorodzinnych.

Tło prawne I rynkowe

Długoterminowa strategia renowacji budynków (DSRB) przyjęta przez Rząd RP w lutym 2022 szacuje skalę niezbędnej termomodernizacji budynków mieszkalnych na min. 30% istniejącego zasobu. Nowelizacja dyrektywy o charakterystyce energetycznej budynków (EPBD) dokładniej precyzuje cele ilościowe i jakościowe renowacji budynków, stawiając coraz większe wyzwania sektorowi budowlanemu w kontekście oszczędzania zasobów naturalnych i ludzkich wykorzystywanych w budownictwie oraz poprawy jakości życia przy jednoczesnym zmniejszeniu zapotrzebowania na energię.

Autorzy Mapy Drogowej podnoszenia kwalifikacji pracowników w sektorze budowlanym szacują niedobór kadr w Polsce na ok. 400 tys. nowych pracowników w perspektywie 2050 roku, o ile nie zostaną wprowadzone działania korygujące. Poza cyfryzacją, zwiększeniem udziału kobiet i osób niepełnosprawnych oraz przekwalifikowaniem pracowników z zawodów górniczych wskazywanym działaniem jest wprowadzenie innowacji polegającej na wykorzystaniu elementów prefabrykowanych jako elementu szybkiej, zasobooszczędnej i efektywnej energetycznie renowacji budynków. Elementy prefabrykowane są obecnie w Polsce produkowane masowo na potrzeby budowy jednorodzinnych domów modułowych głównie na zachodzie Europy, rzadko domów mieszkalnych i użyteczności publicznej w kraju, a do renowacji budynków w ogóle nie są stosowane.

Renowacja budynków z wykorzystaniem elementów prefabrykowanych w Europie

Termomodernizacja budynków z wykorzystaniem elementów prefabrykowanych przeszła w ostatnich 20 latach z fazy prototypowej do etapu wdrożeń na coraz szerszą skalę. W latach 2006–2011 w ramach działającego pod egidą Międzynarodowej Agencji Energetycznej programu ECBCS (Energy Conservation for Building and Community Systems) realizowano projekt badawczy pn. „Prefabrykowane systemy w niskoenergetycznej renowacji budynków mieszkalnych”. Jego rezultatem są m.in. przewodniki do tworzenia strategii renowacyjnych i projektowania modułowej renowacji budynków oraz opis sześciu studiów przypadków realizacji w Austrii, Holandii i Szwajcarii.

Innym przykładem zastosowania elementów prefabrykowanych do renowacji budynków wielorodzinnych jest projekt przeprowadzony w 2013 roku w Grazu. W budynku ze 137 mieszkaniami, o powierzchni ok. 10 000 m2, zainstalowano 9831 m2 fasady (w tym 2725 m2dociepleń konwencjonalnych na obudowach dźwigów, cokołach itd.) z oknami zamykającymi loggie. Seryjnym elementem był moduł o wysokości 3 m i długości 7 m z wbudowanymi oknami i lokalnymi rekuperatorami. Zastosowano w nim opatentowaną przez austriacką firmę GAP-Solution technologię fasady słonecznej akumulującej ciepło w strukturze plastrowej wbudowanej w szkielet drewniany.

W pozostałych modułach zainstalowano panele PV. Dzięki zastosowaniu tej technologii zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną na ciepło dla c.o. i c.w.u. zmniejszyło się o 94% – ze 135 do 8 kWh/(m2 · rok). Modernizacja kosztowała wówczas ok. 1000 euro w przeliczeniu na 1 m2 powierzchni użytkowej i została sfinansowana w połowie ze środków zebranych przez wspólnotę mieszkaniową w ciągu 10 lat w ramach własnego funduszu remontowego, w 25% z dotacji z programu B&R, a w 25% kredytem zaciągniętym przez wspólnotę na kolejne 10 lat.

W projektach pilotażowych prowadzonych w innych krajach testowane są różnorodne podejścia do technologii. Na przykład we Francji stosuje się proste elementy fasadowe bez dodatkowych instalacji i okien ( fot. 3 ). W Holandii głównym odbiorcą technologii modułowej są właściciele domów jednorodzinnych. Z kolei w Estonii rozwijany jest standard renowacji modułowej przeznaczony dla typowych bloków wykonanych z wielkiej płyty, wykorzystujący fasady do poprowadzenia nowych przewodów wentylacji dla poszczególnych lokali, umożliwiających centralny odzysk ciepła.

Potencjał rynku renowacji

Obszerna analiza europejskiego rynku oraz działań na rzecz rozwoju tzw. seryjnej renowacji w Niemczech przeprowadzona została w 2022 roku na zlecenie niemieckiego Ministerstwa Gospodarki i Klimatu [12]. Oceniono, że w 10–15% niemieckich budynków mieszkalnych wielorodzinnych o niskim standardzie energetycznym i niezbyt skomplikowanych kształtach można efektywnie wykorzystać tę technologię. Podkreślono, że jej upowszechnienie wymaga sprowadzenia kosztu do poziomu akceptowalnego przez mieszkańców. Koszty renowacji z wykorzystaniem elementów prefabrykowanych sięgają w Niemczech 1700–2000 euro/m2powierzchni mieszkalnej, przy założeniu że budynek po renowacji osiągnie niemiecki standard EH40 EE (40% całkowitego zapotrzebowania na energię pierwotną [prąd i ciepło] obliczonego dla budynku referencyjnego). W krajach będących przedmiotem analizy rynku poza Niemcami (Holandia, Francja, Wielka Brytania, Włochy, Estonia) koszt renowacji seryjnej do standardu budynku niemal zeroenergetycznego wynosi ok. 1000 euro/m2 powierzchni mieszkalnej, a wynika to ze wsparcia rynku środkami publicznymi i zwrócenia dzięki temu uwagi dostawców materiałów i usług na możliwy wzrost popytu.

Równolegle realizowany był projekt finansowany ze środków programu UE Intelligent Energy for Europe pod nazwą Renew School [13], którego skutkiem było wykorzystanie elementów prefabrykowanych wraz z nowoczesnymi technologiami energetycznymi i

W 2016 roku Buildings Performance Institute Europe (BPIE) opublikował raport z badań zleconych przez i24c, stanowiący istotny wkład do dyskusji o roli Europy w wykorzystaniu innowacji w budownictwie na rzecz przyspieszonej i głębokiej dekarbonizacji gospodarki światowej. W raporcie skupiono się na czterech aspektach:

  • systemy prefabrykowane dla głębokiej renowacji budynków wielorodzinnych,
  • innowacyjne materiały izolacyjne do fasad budynków,
  • integracja budynków ze źródłami energii,
  • automatyka budynkowa i techniki sterowania.

W kolejnych latach w ramach programu UE Horyzont 2020 przeprowadzono cztery komplementarne projekty badawczo-wdrożeniowe dotyczące wykorzystania prefabrykatów w renowacji budynków:

  1. MORE-CONNECT – wielofunkcyjne fasady jako element modułowej renowacji budynków,
  2. P2Endure – rozwiązania „plug and play” dla głębokiej renowacji budynków w Europie,
  3. 4RinEU – solidne i niezawodne koncepcje technologiczne i biznesowe do wywołania głębokiej renowacji budynków w UE,
  4. Bertim – moduły prefabrykowane z drewna i metody całościowe w procesie renowacji budynków.

Kwestie ekonomiczne, czyli koszty

Efekty kilku projektów B&R sfinansowanych przez Komisję Europejską zostały podsumowane przez BPIE i opublikowane we wrześniu 2019 roku w formie raportu skupiającego się na odpowiedziach na pięć pytań. Najważniejsze z nich dotyczy potencjału obniżenia kosztów renowacji dzięki zastosowaniu prefabrykacji, gdyż wysoki koszt początkowy zraża uczestników rynku do jej wykorzystywania. Zwrócono uwagę na fakt, że zastosowanie prefabrykowanych i całościowych rozwiązań skutkuje skróceniem czasu renowacji i zmniejszeniem jej uciążliwości dla użytkowników budynków, zapewniając jednocześnie wysoki poziom efektywności energetycznej.

Znaczne oszczędności kosztów osiągane są dzięki skróceniu czasu budowy:

  • szacuje się, że prefabrykacja zachodząca w wytwórni prefabrykatów może skrócić czas renowacji o 18% w porównaniu z najnowocześniejszymi praktykami termoizolacji; montaż jednego prefabrykowanego modułu o powierzchni 20 m2 zajmuje trzem pracownikom średnio jedną godzinę (MORE-CONNECT),
  • istnieje możliwość skrócenia czasu renowacji na miejscu w przypadku domu jednorodzinnego (o powierzchni elewacji 380 m2) o 52% dzięki zastosowaniu wielofunkcyjnego prefabrykowanego systemu fasadowego składającego się ze zintegrowanych komponentów PV i HVAC (4RInEU),
  • podejście prefabrykacyjne skraca czas trwania całego procesu renowacji o 25–44% (P2Endure).

Ponadto dzięki zastosowaniu gotowych elementów zmniejsza się liczba błędów wykonawczych na miejscu, co pozwala zaoszczędzić ok. 5–10% kosztów (P2Endure). Standaryzacja łańcucha wartości renowacji poprzez cyfryzację i optymalizację procesów może obniżyć koszty do 25% w porównaniu z konwencjonalną metodą renowacji (P2Endure). Dzięki zastosowaniu prefabrykowanych komponentów mieszkańcy nie muszą opuszczać budynku w trakcie prac instalacyjnych, natomiast użytkownicy budynków niemieszkalnych (szpitale, urzędy, szkoły itp.) są w mniejszym stopniu narażeni na niedogodności związane z pracami budowlano-instalacyjnymi.

Projekt 4RinEU ma na celu ułatwienie industrializacji szeregu „modułów koncentratorów energii”, nazywanych też „plug & play” centrami energii. Moduły te, oparte na pompie ciepła lub energii słonecznej, mogą zarządzać wydajnym ogrzewaniem i chłodzeniem lub zaopatrzeniem w ciepłą wodę użytkową, a jednocześnie są łatwe w instalacji i obsłudze. Zastosowanie tego rozwiązania na dużą skalę mogłoby drastycznie obniżyć koszty usług. Z kolei cyfryzacja i optymalizacja procesów pozwalają obniżyć koszty renowacji o 25%.

Na podstawie przeprowadzonych analiz można stwierdzić, że prefabrykowane projekty renowacyjne wymagają mniej energii wbudowanej. Prefabrykowane systemy elewacyjne mogą wydłużyć żywotność budynku, ponieważ elementy są łatwiejsze do wymiany i naprawy, łatwiej także diagnozować ich trwałość.

Wysokie nakłady początkowe zastosowania tej technologii mogą się stopniowo obniżać dzięki ekonomii skali. Wskazują na to dane z rynku holenderskiego i brytyjskiego, gdzie dzięki inicjatywie Energiesprong, wspieranej ze środków publicznych, rejestruje się spadek jednostkowych kosztów o 50% w okresie od projektów pilotażowych do powszechnego wykorzystania.

Kwestie techniczne i organizacyjne

W procesie rozwoju wykorzystania technologii modułowej warto ocenić główne czynniki oddziałujące na rynek.

  1. Czynniki ograniczające wykorzystanie technologii:
  • koszty głębokiej renowacji można przyrównać do kosztów wyburzenia i nowej budowy,
  • moduły o seryjnych wymiarach nie wystarczą do pełnego pokrycia elewacji dachów,
  • mogą wystąpić niezgodności w oprogramowaniu wykorzystywanym przez projektantów i wykonawców elementów prefabrykowanych.
  1. Czynniki pobudzające rozwój technologii:
  • rosnące ilościowo i jakościowo cele polityczne renowacji budynków,
  • dostosowanie uciążliwości wykorzystania technologii renowacji do oczekiwań użytkowników budynków,
  • postęp w wykorzystaniu w budownictwie technologii informacyjno-komunikacyjnych i automatyzacji, w tym:

– dostosowywanie elementów seryjnych do konkretnych projektów,

– robotyzacja, skany i symulacje 3D w celu precyzyjnego zaprojektowania poszczególnych elementów.

Warunkiem powodzenia jest tworzenie nowych modeli biznesu wspieranych przez stronę publiczną i rozwój nowych kompetencji w budownictwie, łączących zdolności projektantów, wykonawców elementów i firm budowlano-montażowych na rzecz użytkowników budynków.

Doświadczenia polskie

Nieliczne udokumentowane przypadki wykorzystania elementów prefabrykowanych do renowacji (Warszawa, Gdynia), bądź budowy (Siemianowice Śląskie) dotyczą obiektów użyteczności publicznej. Analizy energetyczne przeprowadzane w fazie przedprojektowej bezsprzecznie potwierdzają możliwość osiągnięcia niemal zeroenergetycznego standardu w każdym z tych budynków, z gwarantowanym właściwym wykorzystaniem systemów zarządzania energią. W przypadku prywatnego przedszkola w Siemianowicach Śląskich inwestor postawił zadanie wybudowania obiektu „pod klucz” w terminie pięciu miesięcy. Na zamówienie złożono tylko jedną ofertę, uzależniającą dotrzymanie terminu od zgody inwestora na zastosowanie w konstrukcji obiektu prefabrykatów stosowanych do składania domów jednorodzinnych.

Podsumowanie i rekomendacje

Według BPIE, wskaźnik renowacji budynków w UE wynosi obecnie ok. 1% rocznie. Zwiększenie go do 3% rocznie w perspektywie do 2050 roku przyniosłoby zmniejszenie zapotrzebowania na energię o 80% w porównaniu do poziomu z 2005 roku. Potencjalne przychody dla całego sektora budowlanego szacowane są na ok. 1200–1400 mld euro rocznie, co oznacza wzrost o ok. 700–800 mld euro rocznie. Jeśli renowacja modułowa stanowiłaby wartościowo 25% europejskiego rynku, oznaczałoby to dla niego wartość dodaną w wysokości ok. 200 mld euro rocznie, do podziału między dostawców modułów i firmy instalacyjne.

Rynek tej wielkości powinien być interesujący dla polskiej branży budownictwa domów gotowych, dobrze zorganizowanej np. w ramach Stowarzyszenia Energooszczędnych Domów Gotowych, zrzeszającego 39 producentów modułów i kilkadziesiąt firm dostarczających materiały dla tego sektora. Projektanci i dostawcy materiałów izolacyjnych i instalacji wentylacyjnych, odnawialnych źródeł energii i innych są w stanie zaspokoić potrzeby wykonawców modułów w zakresie ich dostosowania do wymaganych standardów zużycia energii w poszczególnych rodzajach budynków.

Zarówno publiczni, jak i niepubliczni zarządcy wielorodzinnych nieruchomości mieszkaniowych są bardzo zainteresowani stosowaniem metod termomodernizacji ograniczających czas realizacji oraz uciążliwości dla mieszkańców. Mamy też duże doświadczenie z wykorzystywaniem środków publicznych i prywatnych do wsparcia termomodernizacji budynków wielorodzinnych.

W celu zwiększenia wykorzystania technologii modułowej renowacji budynków niezbędne jest opracowanie analizy rynku zastosowania prefabrykatów do renowacji budynków, składającej się z:

  1. identyfikacji uczestników rynku,
  2. określenia łańcucha wartości i analizy udziału w nim poszczególnych uczestników rynku,
  3. oceny stanu przygotowania technicznego sektora wytwórczego, montażowego i wykończeniowego do stosowania technologii modułowej renowacji,
  4. analizy kosztów inwestycji wykorzystującej technologie modułowe do renowacji,
  5. identyfikacji czynników sprzyjających i hamujących rozwój rynku,
  6. opracowania propozycji działań otwierających rynek w Polsce, w tym zmian regulacyjnych i systemów wsparcia na każdym etapie inwestycji.

W proces tworzenia analizy rynku kierowany przez odpowiednią jednostkę naukowo-badawczą niezbędne jest włączenie przedstawicieli interesariuszy, takich jak: architekci i projektanci, doradcy energetyczni, ministerstwa, publiczne i niepubliczne instytucje finansowe, zarządcy nieruchomości budynkowych publicznych i niepublicznych, sektor budowlany – dostawcy gotowych rozwiązań, firmy montażowe i wykończeniowe oraz zagraniczni eksperci. Dzięki wymianie doświadczeń i poglądów w ramach tej grupy możliwe będzie stosunkowo szybkie i sprawne przygotowanie gotowych rozwiązań organizacyjnych i finansowych, poradników itd. oraz wybranie i przeprowadzanie projektów pilotażowych służących rynkowi jako dobre wzory.