Analiza cyklu życia budynku. Od 2028 roku każdy nowy budynek publiczny w UE będzie musiał mieć określoną całkowitą emisję CO₂ w cyklu życia

Wprowadzenie do analizy cyklu życia budynku

We Francji od 2022 roku dla nowych obiektów obowiązują limity emisji gazów cieplarnianych dla całego cyklu życia budynku. Oznacza to konieczność sporządzania analizy śladu węglowego, która wykazałaby oczekiwaną redukcję emisji CO₂e i potwierdziła spełnianie obowiązujących norm. Tymczasem w polskim prawie nie tylko nie znajdujemy tego typu wskazówek, lecz także nie mamy określonej metodologii liczenia niekorzystnego wpływu budownictwa na środowisko.

Czytaj także: Hotel Felix zostanie zburzony, więc uratowali z niego, co się da: wynieśli 42 ton mebli, ścian i drzwi. Wiemy, co powstanie na jego miejscu

W znowelizowanej dyrektywie EPBD, przyjętej przez Parlament Europejski w marcu 2024 roku, pojawia się po raz pierwszy zapis o konieczności przygotowania analizy cyklu życia (ang. Life Cycle Assessment, LCA) dla wszystkich nowych obiektów. Od 2028 roku każdy nowy budynek publiczny w UE będzie musiał mieć określoną całkowitą emisję CO₂e w cyklu życia. Co to oznacza dla architektów?

Niniejsze wprowadzenie do analizy cyklu życia budynku ma pomóc w uporządkowaniu kluczowych pojęć technicznych ułatwiających zrozumienie tej stosunkowo nowej dziedziny w architekturze. Podzieliłem go na kilka części. W pierwszej przedstawiam poszczególne etapy cyklu życia budynku. Następnie omawiam kategorie wpływu środowiskowego – choć analiza LCA najczęściej kojarzona jest z emisją dwutlenku węgla, to w istocie zanieczyszczenia związane z architekturą mają szersze przyczyny. Część informacyjno-techniczną zamykam porównaniem wpływu wynikającego z materiałów użytych do budowy z wpływem związanym z eksploatacją budynku jako „maszyny”. W ostatnim fragmencie dzielę się refleksjami opartymi na naszej praktyce projektowej i wybranych realizacjach.

Jak liczyć wpływ budynku na środowisko?

Analiza cyklu życia budynku jest kompleksową metodologią oceny wpływu budynku na środowisko na wszystkich etapach jego życia – od produkcji materiałów przez eksploatację aż po rozbiórkę i zagospodarowanie odpadów. Przeprowadza się ją dla określonego czasu życia obiektu. Obecnie najczęściej bierze się pod uwagę pierwsze 50 lat, co jest relatywnie krótką perspektywą.

Cykl ten dzieli się na cztery kluczowe etapy. Pierwszy (etap A) związany jest z produkcją materiałów, ich transportem oraz procesem budowy. Kolejny (etap B) dotyczy użytkowania i konserwacji. Następnie (etap C) uwzględniamy zakończenie użytkowania budynku, w tym również rozbiórkę i zarządzanie odpadami. Ostatni krok (etap D) obejmuje życie po życiu, czyli ponowne wykorzystanie, odzysk oraz recykling materiałów.

Czytaj także: Dom nad jeziorem, który "bawi się" w ekologię. Co naprawdę będzie kryło się pod "zielonymi dachami"?

Standardy oceny wpływu danego obiektu na środowisko wynikają z normy ISO 14040 Environmental management – Life cycle assessment – Principles and framework, która ustanawia podstawowe zasady i strukturę LCA oraz uzupełniającej ją ISO 14025 Environmental labels and declarations, odnoszącej się do środowiskowych deklaracji produktu (EPD), w Polsce najczęściej opracowanych przez Instytut Technologii Budowlanych w Warszawie – dokumentów potwierdzających zweryfikowany wpływ materiałów i komponentów budowlanych na środowisko.

W przypadku budownictwa coraz częściej stosuje się także schematy określone w normie EN 15978 Sustainability of construction works – Assessment of environmental performance of buildings – Calculation method, która precyzyjnie definiuje granice systemu oraz moduły analityczne dla budynków.

Produkcja materiałów, ich transport oraz proces budowy

Ocena na etapie A, obejmującym produkcję i budowę, skupia się na wszystkich procesach niezbędnych do powstania gotowego obiektu. Uwzględniamy w nim pięć modułów: pozyskanie surowców (A1); ich transport do zakładu produkcyjnego (A2); proces produkcji materiałów budowlanych (A3); transport materiałów na plac budowy (A4); budowa i montaż (A5).

Każdy z tych kroków generuje określony ślad środowiskowy, który należy włączyć do bilansu cyklu życia budynku. Dla uproszczenia skoncentruję się przede wszystkim na emisji gazów cieplarnianych, ale warto pamiętać, że nie są one jedynym miernikiem wpływu materiału czy budynku na środowisko. Szczególnie istotny jest w tym kontekście etap A1, czyli pozyskiwanie surowców, który może być źródłem znacznych emisji gazów cieplarnianych, przede wszystkim dwutlenku węgla, ale także innych niepożądanych efektów środowiskowych, takich jak zanieczyszczenie powietrza, wody czy gleby. Skala i rodzaj tych oddziaływań zależą od specyfiki procesów wydobycia, rodzaju surowców oraz technologii przetwórczych. Warto podkreślić, że wpływ środowiskowy etapu A różni się w zależności od charakterystyki materiału budowlanego – różne parametry emisyjności wykazują np. beton, stal, drewno, a jeszcze inne zaawansowane kompozyty czy prefabrykaty. Coraz większe znaczenie ma także analiza śladu wodnego oraz zużycia energii pierwotnej odnawialnej i nieodnawialnej w procesach produkcji.

Etap A2 obejmuje analizę wpływu logistycznego, w tym odległości między miejscem pozyskania surowców a zakładem produkcyjnym oraz środka transportu. Jego wpływ nie zależy wyłącznie od dystansu – kluczowe znaczenie ma również emisja przypadająca na jednostkę masy przewożonego surowca, uzależniona od rodzaju transportu (drogowy, kolejowy, morski) i jego efektywności energetycznej. Paradoksalnie, nawet jeśli materiał sprowadzany jest z daleka, ale transport oparty jest na niskoemisyjnych technologiach lub odbywa się w sposób zoptymalizowany dla środowiska, wpływ ten może być relatywnie niski, a zatem np. niezaznaczony w deklaracji środowiskowej produktu (EPD). Należy jednak pamiętać, że EPD standardowo nie uwzględnia aspektów, takich jak zmiana georóżnorodności czy przemieszczenie znacznych mas wody zawartej w materiałach, które mogą mieć istotne, choć trudniej mierzalne konsekwencje środowiskowe. Właśnie na tym etapie szczególnie wyraźnie widać procesy antropogeniczne.

Etap A3, obejmujący produkcję materiałów budowlanych, charakteryzuje się istotnym zróżnicowaniem wpływu środowiskowego, w dużej mierze uzależnionym od miksu energetycznego wykorzystywanego w procesach produkcyjnych, wydajności parku maszynowego oraz stosowanych technologii i standardów zarządzania środowiskowego. Co więcej, zmiany w miksie energetycznym krajowych systemów elektroenergetycznych w czasie mogą powodować, że wpływ środowiskowy tej samej technologii będzie ulegał zmianom w kolejnych latach. Trend ten znajduje odzwierciedlenie zarówno w aktualizacjach deklaracji środowiskowych, jak i potencjalnie w kalkulacjach podatków środowiskowych w przyszłości.

Ostatnie dwa moduły etapu A – A4 (transport materiałów na plac budowy) oraz A5 (proces budowy) – mają, w porównaniu z wcześniejszymi krokami, relatywnie niewielki udział w całkowitym śladzie środowiskowym budynku. Ich wpływ, choć istotny w precyzyjnych analizach, zazwyczaj nie dominuje w bilansie cyklu życia i dlatego w dalszej części tekstu poświęcono im mniej uwagi.

Użytkowanie i konserwacja

Eksploatacja budynku (etap B) obejmuje wymianę elementów, które uległy zużyciu lub zniszczeniu, niezbędne naprawy, ale przede wszystkim zużycie energii, wody oraz innych zasobów niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania gmachu w okresie jego użytkowania. W przypadku obiektów komercyjnych kluczową rolę na tym etapie odgrywa zarządca oraz zintegrowane systemy zarządzania budynkiem (Building Management Systems, BMS), które umożliwiają monitorowanie warunków użytkowania i dynamiczne dostosowywanie parametrów pracy budynku do aktualnych potrzeb użytkowników. Na tym etapie warto zwrócić szczególną uwagę na moduł analizy poświęcony wymianie elementów i komponentów obiektu w trakcie jego użytkowania. To właśnie on generuje zazwyczaj największy ślad środowiskowy, ponieważ wiąże się z produkcją nowych materiałów, ich transportem, montażem oraz utylizacją elementów wycofanych z eksploatacji.

Dzięki przyjętym okresom trwałości technicznej poszczególnych elementów już na etapie tworzenia LCA jesteśmy w stanie obliczyć związany z tą kwestią ślad środowiskowy. Przykładowo pierwszą wymianę okien przewiduje się po 22 latach. Wykładziny i dywany mają zakładaną 12-letnią trwałość, a instalacje HVAC powinny przetrwać 25 lat. Główne elementy konstrukcyjne (np. ściany, stropy, fundamenty) pozostają niezmienne w pełnym cyklu życia budynku wynoszącym zazwyczaj 50 lat. W rzeczywistości cykle wymiany mogą się różnić w zależności od jakości zastosowanych materiałów, intensywności użytkowania oraz warunków środowiskowych.

Trzeba pamiętać, że każda taka wymiana wiąże się nie tylko z wytworzeniem i transportem nowych produktów, lecz także z zagospodarowaniem odpadów – procesami, które obciążają bilans środowiskowy budynku poprzez emisje gazów cieplarnianych, zużycie zasobów naturalnych oraz generowanie odpadów. Im większa trwałość komponentów i możliwość ich recyklingu lub naprawy, tym niższy łączny wpływ środowiskowy na tym etapie życia budynku.

Warto podkreślić, że etapy A i B są ściśle powiązane – decyzje podejmowane podczas projektowania budynku (etap A) determinują jego późniejsze działanie i efektywność w fazie eksploatacji (etap B). Dlatego udział przedstawiciela przyszłych użytkowników lub zarządcy w procesie projektowym pomaga znacząco zmniejszyć zużycie energii w przyszłości. Pozwala to projektantom podejmować decyzje oparte na rzeczywistych scenariuszach użytkowania, uwzględniając m.in. liczbę korzystających, godziny pracy, okresy przestoju (np. wakacje), a nawet aspekty kulturowe, takie jak sposób ubierania się, które bezpośrednio wpływają na postrzeganie komfortu cieplnego. Przykładowo, wymagania dotyczące klimatyzacji i ogrzewania będą inne w biurze, w którym obowiązuje formalny dress code (garnitury, garsonki), niż w środowisku pracy o większej swobodzie ubioru dostosowanej do pór roku. Uwzględnianie takich czynników na etapie projektowania pozwala optymalizować zużycie energii i zasobów w przyszłości, a także przygotować użytkowników do efektywnego korzystania z budynku.

Zakończenie użytkowania budynku

Etap C odnosi się do tego momentu, gdy budynek przestaje odpowiadać potrzebom użytkowników lub wymaganiom rynku i nie może zostać poddany skutecznej renowacji ani adaptacji. Analiza LCA obejmuje tutaj proces rozbiórki, demontażu oraz przetwarzania elementów na surowce wtórne lub odpady.

Współcześnie rola tego etapu nabiera coraz większego znaczenia. Klasyczne pojęcia, takie jak „gruz” czy „odpady budowlane” stają się anachroniczne w świetle idei gospodarki o obiegu zamkniętym i nowoczesnego podejścia do projektowania cyrkularnego. Z drugiej strony, rzeczywistość budownictwa wskazuje na ograniczoną gotowość do pełnej implementacji tych idei: większość budynków w Europie ma dziś ponad 30 lat, a wiele zastosowanych w nich materiałów nie nadaje się do efektywnego recyklingu – albo z powodu swojej struktury, albo braku technologii ich rozdzielania i przetwarzania.

Co więcej, obecnie dostępne deklaracje środowiskowe produktów (EPD) w ograniczonym zakresie odnoszą się do fazy końca życia produktu – często pomijają informacje o potencjale recyklingu lub biodegradacji. W efekcie, materiały niekompostowalne, które nie mogą być odzyskane, stają się potencjalnym źródłem zanieczyszczeń – zarówno gleby, jak i wód powierzchniowych. Dlatego dziś tak ważne stają się pytania o przyszłość elementów rozbiórkowych. Co stanie się z elewacyjnymi płytami bloku z lat 70., ocieplonego w latach 90. ubiegłego wieku? Czy poszczególne warstwy: tapety, kleje, beton, styropian, siatki z tworzyw sztucznych – mogą zostać skutecznie oddzielone i przetworzone? Czy raczej trafią na składowisko odpadów, generując emisje i długoterminowe ryzyko dla środowiska? Jakie są rzeczywiste koszty – środowiskowe i ekonomiczne – związane z tym procesem? Niestety, obecne systemy utylizacji często nie są w stanie zapewnić odpowiedniego poziomu odzysku materiałowego, a składowanie odpadów budowlanych niesie ze sobą ryzyko wtórnego zanieczyszczenia środowiska.

Życie po życiu

Ostatni etap dotyczy życia po życiu budynku oraz potencjału ponownego wykorzystania materiałów i ich odzysku po rozbiórce. To właśnie tutaj realizują się założenia gospodarki cyrkularnej i idei Building as Material Banks, w których obiekt traktowany jest jako magazyn przyszłych zasobów. Przykładami praktycznej realizacji tych koncepcji są inicjatywy, takie jak belgijski ROTOR czy francuska BELLASTOCK.

Tutaj kluczowe jest projektowanie z myślą o rozkładaniu i ponownym użyciu komponentów, zgodnie z zasadami Design for Disassembly. Działanie w taki sposób umożliwia łatwiejszy demontaż, segregację materiałów i ich ponowne wykorzystanie w nowych projektach architektonicznych.

Wpływ wbudowany i użytkowy

Analizę cyklu życia budynku i jego ślad środowiskowy można też przeprowadzać, opierając się na dwóch głównych kategoriach – wpływie wbudowanym (embodied) i użytkowym (operational). Ten pierwszy związany jest z materiałami oraz komponentami budowlanymi i obejmuje emisje generowane podczas ich produkcji, transportu, montażu, a także procesów utrzymania i napraw w trakcie eksploatacji. Ten drugi wynika ze zużycia energii i wody, czyli codziennego funkcjonowania obiektu oraz jego użytkowników.

O ile historycznie uwaga skupiała się głównie na ograniczaniu zużycia energii w fazie użytkowania, o tyle obecnie coraz większy nacisk kładzie się na redukcję śladu środowiskowego wbudowanego w materiały, zwłaszcza że ich udział w całkowitym wpływie budynku może sięgać nawet 40-60% w zależności od standardu energetycznego i okresu eksploatacji. Dekarbonizacja produkcji energii elektrycznej w Unii Europejskiej osiąga coraz większą skalę. W Portugalii energia pozyskiwana ze źródeł odnawialnych wynosi około 70% i pochodzi głównie z hydroelektrowni budowanych w latach 80. i 90. W Polsce czy Niemczech produkcja energii jest, póki co, ściśle związana z węglem, w związku z tym liczenie śladu użytkowego ciągle jest równie istotne.

Adaptacja istniejącego obiektu jest zdecydowanie mniej emisyjna

Na potrzeby konferencji Off-Site Manufacturing w Warszawie, przygotowałem statystki analizy cyklu życia projektów, nad którymi pracowaliśmy w ostatnich trzech latach w Dosta Tec w Portugalii. Porównywałem budynki w Porto, które leży w strefie klimatu śródziemnomorskiego z ciepłym, suchym latem, oraz w Lizbonie, w subtropikalnym śródziemnomorskim klimacie. Oba miasta charakteryzują się podobną kulturą budowlaną oraz używanymi materiałami. Analizy nie uwzględniają żadnych instalacji w budynkach – jakość i ilość danych, którymi dzisiaj dysponujemy, jest niewystarczająca.

Prace – w ślad za innymi badaniami – pokazały, jak wielka różnica w kwestii wygenerowanego CO2 wiąże się z zagadnieniem adaptacji istniejącego obiektu bądź budowy nowego. W naszym przypadku renowacje miały aż o 70%-80% mniej wbudowanego dwutlenku węgla niż nowe budynki. Wynika to z faktu, że najbardziej obciążającymi środowiskowo elementami są konstrukcja oraz fundamenty i podpiwniczenia, w tym parkingi podziemne.

Podobne wnioski płyną z analizy Net Zero Theatres, przygotowanej przez pracownię Bennetts Associates. Jej celem było pokazanie emisji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych na etapie budowy i eksploatacji czterech brytyjskich teatrów – King’s Theatre, Citizens Theatre, Hertford Theatre i Storyhouse. Autorzy raportu wykazali, że największy wpływ na ślad węglowy mają decyzje podejmowane już na etapie konstrukcji – zwłaszcza wybór materiałów i zakres ingerencji w strukturę budynku. Ujęta w opracowaniu sala teatralna z osiemsetosobową widownią to nowa część wielofunkcyjnego kompleksu Storyhouse w Chester. Stąd jej największy ślad węglowy – 1346 kg CO₂e/m². Dla porównania roczne zużycie energii elektrycznej w przeciętnym gospodarstwie domowym w Wielkiej Brytanii wiąże się z emisją ok. 900 kg CO₂.

Modernizacje istniejących obiektów okazały się znacznie mniej emisyjne niż budowa od podstaw. Przebudowa King’s Theatre to koszt 508 kg CO₂e/m², a zastosowanie drewna CLT przy rozbudowie Hertford Theatre pozwoliło dodatkowo obniżyć emisje w kluczowych obszarach, takich jak stropy, ściany działowe czy dachy. Dzięki temu szkodliwe emisje związane z konstrukcją zredukowano o połowę – do 560 kg CO₂e/m². Autorzy raportu podkreślali, że szczególnie wysokoemisyjne okazały się przestrzenie o dużych wymaganiach technicznych – jak wieże sceniczne i audytoria – które wymagają ogromnych ilości stali oraz elementów spełniających rygorystyczne normy akustyczne i wibracyjne.

Ponadto niezależnie od tego, czy dany budynek jest nowy, czy przechodzi proces renowacji, największa ilość emisji gazów cieplarnianych pochodzi z betonu, a ten z cementu. W ponad 20 projektach, które przeanalizowałem, to właśnie konstrukcja budynku odpowiedzialna była za około 65% całego wpływu w kategorii GWP!

Beton jako materiał budowlany pozostanie z nami przez najbliższe lata. Jestem o tym całkowicie przekonany. Dlatego musimy opracować sposoby zmniejszania jego ilości zarówno w nowych budynkach, jak i renowacjach. Przede wszystkim należy go używać tam, gdzie jest niezbędny – trudno wyobrazić sobie ściany oporowe z innego materiału, ale np. można wymienić pustaki betonowe na te z betonu konopnego.

Ponadto w betonie największy udział GWP ma cement. Tutaj projektanci i generalny wykonawca mogą wybrać CEM I, który w swoim składzie ma ponad 95% cementu portlandzkiego. Natomiast w Polsce popularne są również CEM II i CEM III, czyli cementy wieloskładnikowe, gdzie zawartość minerałów, składników pochodzenia z recyklingu wynosi odpowiednio między 6% a 20% oraz 21% a 35%. Takie cementy można wykorzystywać również do elementów konstrukcyjnych, niektóre mogą np. wydłużać proces budowy. Dziś w Polsce CEM I cieszy się największą popularnością, stanowi ponad 46% zużycia cementu, zaraz po nim CEM II (40%) i CEM III (12%).

Obniżanie wbudowanego śladu węglowego

Najważniejsze w procesie obniżania śladu węglowego jest prawidłowo zaplanowany proces, dobra komunikacja pomiędzy zespołem projektowym a specjalistami zajmującymi się jego liczeniem oraz współpraca. Liczenie, benchmarki i wiedza specjalistyczna zdadzą się na nic, jeśli nie będzie chęci do wspólnego wysiłku.

Z naszej praktyki obniżenie śladu węglowego na poziomie obiektu zaczyna się na samym początku, w momencie decyzji o wielkości podpiwniczenia i wyborze systemu konstrukcyjnego. Budynki z CLT mogą mieć nawet o 93% mniej dwutlenku węgla wbudowanego niż te z betonu zbrojonego. System konstrukcyjny niesie ze sobą również inne rozwiązania – trudno wyobrazić sobie stropy i kolumny z drewna krzyżowo-klejonego, a ściany wewnętrzne z pustaków betonowych.

Pytanie dotyczące budynków istniejących jest inne i skupia się na pytaniu: co możemy zostawić? Jakie elementy były projektowane na stałe? Które można odnowić? Okna, jeśli były z PCV albo aluminium, prawdopodobnie trzeba będzie wymienić, jeśli zaś były drewniane, może wystarczy tylko wymienić szklenie i uszczelnić. Podobnie podłogi, te wykonane z litego kamienia lub drewna warto odświeżyć, jeśli zaś były to panele, być może trzeba będzie wymienić. Dlatego tak ważne jest obliczanie w perspektywie kilkudziesięciu lat. Warto połączyć LCA z LCC, czyli Life Cycle Cost. Wtedy mamy pełny obraz kosztów środowiskowych i finansowych danej inwestycji.

Ważnym krokiem w analizie cyklu życia jest zdefiniowanie materiałów odpowiedzialnych za większość wpływu. W Dosta Tec najczęściej przyjmujemy albo 80% wpływu pochodzącego z emisji gazów cieplarnianych, albo 15 materiałów, które mają największy wpływ. Wszystko w zależności od projektu i zakresu analizy.

Ważne jest również zapisanie odpowiednich reguł gry w projekcie przetargowym. Znana wszystkim projektantom jest tzw. wielka wymiana. Dzieje się tak wtedy, gdy generalny wykonawca szuka materiałów zastępczych, żeby zmniejszyć koszty budowy. Właśnie dlatego warto określić kluczowe materiały (wraz z producentami) i wykluczyć ich wymianę albo zapisać dla nich maksymalne wartości. Takie podejście przyjmujemy w niektórych projektach publicznych, kiedy nie można określić producentów.

Analiza cyklu życia pozwala przekraczać schematy tradycyjnego projektowania i staje się wyzwaniem dla warsztatu architektek i architektów. Dobrze zaprojektowany obiekt to taki, który nie tylko spełnia współczesne potrzeby, ale też nie obciąża nieproporcjonalnie przyszłych pokoleń. W tym sensie LCA jest narzędziem zarówno technicznym, jak i etycznym. W praktyce oznacza to konieczność łączenia wiedzy specjalistycznej inżynierskiej z empatią i odpowiedzialnością. Dziś potrzebujemy projektów, które nie tylko mniej szkodzą, ale realnie wspierają środowisko, regenerują. Takie podejście oznacza zmianę sposobu myślenia o materiałach, cyklach trwania i przede wszystkim współpracę.