Analiza LCC (Life Cycle Costing). Strategia optymalizacji kosztów w cyklu życia biurowca

Od momentu analizy wykonalności i rozpoczęcia pracy nad dokumentacją aż do likwidacji obiektu, budynek biurowy generuje ogromne koszty. Dostępne na rynku rozwiązania pozwalają na ich optymalizację, szczególnie w fazie użytkowania. Analiza LCC (Life Cycle Costing) pomaga stworzyć budynek efektywny, wydajny, komfortowy i przyjazny dla środowiska. Zobacz, jak zminimalizować koszty eksploatacji obiektu.

Spis treści

1. Na czym polega analiza LCC (ang. Life Cycle Costing)?
2. Budynek biurowy – co składa się na koszty utrzymania?
3. Koszty eksploatacji budynku biurowego 
4. Redukcja zużycia energii elektrycznej
5. Redukcja kosztów za ogrzewanie
6. Jak zminimalizować koszty eksploatacji instalacji wodno-kanalizacyjnej?
7. Analiza możliwości racjonalnego wykorzystania odnawialnych źródeł energii w budynku komercyjnym

Na czym polega analiza LCC (ang. Life Cycle Costing)?

Narzędziem, które skutecznie umożliwia ocenę ekonomiczną i techniczną budynku w prognozowanym cyklu życia, jest analiza LCC (ang. Life Cycle Costing). Cykl życia obiektu obejmuje kolejne, powiązane ze sobą fazy:

• projektowanie,
• budowę z oddaniem do użytkowania,
• utrzymanie,
• konserwację,
• eksploatację,
• końcową likwidację.

Decyzje podejmowane na etapie projektowania mają fundamentalne znaczenie, ponieważ będą wpływały nie tylko na komfort użytkowania, lecz także na koszty przyszłej eksploatacji. Projekt powinien być przemyślany pod względem doboru materiałów, wyposażenia, instalacji wewnętrznych i zewnętrznych, zastosowania systemów automatyki budynku oraz umożliwiać elastyczne dopasowanie do zmieniających się potrzeb najemców lub czynników zewnętrznych. Wybór rozwiązań projektowych (zwłaszcza materiałów budowlanych) musi uwzględniać nie tylko ich wpływ na środowisko, ale również trwałość i możliwości recyklingu. Wyroby charakteryzujące się wysoką jakością oraz dłuższym cyklem życia posłużą latami, a odpowiednia konserwacja urządzeń i systemów zaowocują mniejszymi wydatkami podczas eksploatacji.

• Przeczytaj też: Zrównoważone biuro. Arup zaprezentował kulisy prac nad odnowioną siedzibą w Krakowie

Faza likwidacji powinna uwzględniać rozbiórkę lub demontaż obiektu włącznie z zaplanowaniem ekologicznej utylizacji powstałych odpadów bądź ich ponownego użycia.

Analiza LCC służy do oszacowania wszystkich wydatków, jakie właściciel budynku poniesie w trakcie jego życia. Obejmują one początkowe koszty nabycia, posiadania (użytkowania oraz eksploatacji) oraz likwidacji. Przybliżony szacunek poziomu ich wartości można przeprowadzić bez uwzględnienia wpływu czasu i inflacji, a więc dyskontowania. Takie podejście pozwala na rozpoznanie udziału poszczególnych składników kosztów. Dopiero w następnej kolejności należy precyzyjnie oszacować wartości danych składników kosztów i przystąpić do analizy modelu z uwzględnieniem wpływu czasu na uzyskane wartości.

Analiza LCC jest też powszechnie wykorzystywana do oceny opłacalności różnych wariantów projektowych – szacując koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne można obliczyć prosty czas zwrotu inwestycji za pomocą poniższego wzoru:

SPBT = I/Zi,

gdzie: SPBT – prosty czas zwrotu (ang. Simple Pay Back Time) [lata], I – dopłata do inwestycji [zł], Zi – roczne oszczędności w eksploatacji [zł/rok].

Porównując różne warianty projektowe inwestor powinien zdefiniować swoje potrzeby i oczekiwania, czyli tzw. wartość krytyczną. Z ekonomicznej strony zarządzania budżetem inwestycji, kluczowe znaczenie ma koszt rozważanego wariantu, jednak na decyzje inwestora mogą wpływać też inne czynniki, np.:

• dostępność materiałów na rynku,
• względy estetyczne,
• łatwość transportu, montażu i utrzymania,
• wpływ materiałów na środowisko,
• zdolność do recyklingu oraz ponownego użycia itp.

Analiza LCC ma szerokie zastosowanie przede wszystkim w obiektach nowo budowanych, ale wspiera również procesy decyzyjne przy modernizacji. Dla obiektów istniejących balans pomiędzy ekonomią a techniczną wydajnością może zostać osiągnięty przy wykorzystaniu centralnie sterowanego systemu zarządzania BMS (ang. Building Management System). Daje on możliwość monitorowania i zarządzania wszystkimi urządzeniami oraz systemami znajdującymi się w budynku i w jego otoczeniu. Czasem sama zmiana parametrów czy harmonogramów pracy urządzeń może dać wielotysięczne oszczędności.

System BMS jest standardem we współczesnym budownictwie komercyjnym. Poniżej wymieniono korzyści wynikające z jego zastosowania:

• maksymalizacja funkcjonalności,
• podwyższenie komfortu użytkowników,
• zapewnienie bezpieczeństwa,
• minimalizacja kosztów eksploatacji i modernizacji,
• ograniczenia szkodliwych emisji i zanieczyszczeń,
• zapobieganie włamaniom i kradzieżom,
• dbałość o techniczną sprawność urządzeń.

Budynek biurowy – co składa się na koszty utrzymania?

Wydatki związane z systemem automatyki budynkowej są równocześnie jednym z elementów kosztów utrzymania, na które składają się podatki, ubezpieczenia, zarządzanie, ochrona, nadzór techniczny, inspekcje, sprzątanie, utrzymanie terenu zewnętrznego. Ponad 50% rocznych kosztów związanych jest z podatkami i ubezpieczeniami, 20,4% pochłania ochrona obiektu, 13,4% – nadzór techniczny, nieco ponad 9% stanowi zarządzanie, a pozostałe 5,5% to wydatki związane ze sprzątaniem oraz utrzymaniem terenu. Proporcja elementów składowych może zmieniać się w ciągu życia budynku oraz podczas nieprzewidzianych wydarzeń, np. klęsk żywiołowych. Wydatki poniesione na zarządzanie czy nadzór techniczny mogą pozytywnie wpłynąć na późniejsze opłaty związane z użytkowaniem obiektu.

Koszty eksploatacji budynku biurowego 

W skali roku koszty utrzymania i eksploatacji przyjmują podobną skalę. Przez niestabilny rynek, znaczne wahania cen energii oraz paliw sytuacja w przyszłych latach może się zmieniać, a opłaty związane z użytkowaniem obiektu mogą być trudne do oszacowania. W budynkach komercyjnych znaczna część zapotrzebowania energetycznego pokrywana jest przez energię elektryczną, ogrzewanie realizowane jest najczęściej z sieci ciepłowniczej (rzadziej z gazu, tam gdzie nie ma możliwości podłączenia sieci). Analiza rozkładu rocznego zużycia mediów w budynku może być punktem wyjściowym do rozważań, co generuje największe koszty oraz w jakie obszary opłaca się zainwestować, aby te wydatki zredukować.

• Dowiedz się: Wpływ cen energii na zarządzanie nieruchomościami

Poniższy wykres przedstawia rozkład zużycia energii w dziesięciokondygnacyjnym budynku biurowym z usługami na parterze oraz trzykondygnacyjnym garażem podziemnym. Powierzchnia całkowita obiektu wynosi niespełna 26 tys. mkw. Ogrzewanie realizowane będzie z węzła cieplnego z miejskiej sieci ciepłowniczej. Przestrzenie techniczne, w których zakazane jest prowadzenie instalacji wodnych ogrzewa się grzejnikami elektrycznymi. Chłodzenie i ogrzewanie powierzchni biurowych realizowane jest z wykorzystaniem trójrurowego systemu VRV/VRF z odzyskiem ciepła. W jego skład wchodzą jednostki zewnętrzne zlokalizowane na dachu oraz wewnętrzne (klimatyzatory).

Redukcja zużycia energii elektrycznej

Oświetlenie w budynku biurowym odpowiada za ok. 30% kosztów eksploatacji, dlatego warto rozważyć możliwość wprowadzenia rozwiązań redukujących zużycie energii. Popularną metodą jest instalacja oświetlenia LED sterowana czujnikami ruchu. W ten sposób można zmniejszyć pobór energii o ok. 30% w porównaniu z wariantem bez czujników. Rozwiązanie to obniża koszty i jednocześnie podnosi komfort użytkowania pomieszczeń oraz poziom bezpieczeństwa.

Kolejny sposób redukcji wydatków polega na zastosowaniu sterowania oświetleniem zgodnie z protokołem DALI (ang. Digital Addressable Lighting Interference), który umożliwia inteligentną obsługę, wykorzystując komunikację pomiędzy elementami końcowej instalacji (w tym przypadku oprawami oświetleniowymi) a systemem sterującym. Dzięki urządzeniom peryferyjnym lub komputerom pozwala na sterowanie pojedynczymi oprawami bądź ich grupą.

Z użyciem DALI mogą łączyć się różne rodzaje oszczędności:

• maksymalizacja wykorzystania światła naturalnego z równoczesnym ograniczeniem wykorzystania sztucznego,
• regulacja przewymiarowanego oświetlenia, np. przez zmniejszenie natężenia światła w tych obszarach pracy, które aktualnie nie są użytkowane,
• wykorzystanie automatyki sterowania oświetleniem do stworzenia optymalnego środowiska pracy dostosowanego do potrzeb użytkowników.

Instalacja protokołu DALI znacznie podnosi koszty inwestycyjne, ale może obniżyć pobór energii przez oświetlenie nawet o 90%.

Redukcja kosztów za ogrzewanie

Ogrzewanie odpowiada za ok. 16% zużycia mediów w referencyjnym budynku biurowym, co – biorąc pod uwagę cenę ciepła sieciowego – daje kilka procent udziału w rocznych kosztach eksploatacji. Z ekonomicznego punktu widzenia istotne jest nie tylko wyposażenie obiektu w wysokowydajne systemy i zaawansowaną automatykę, ale przede wszystkim zaprojektowanie go w taki sposób, aby zminimalizować straty ciepła. Przegrody nowo budowanych obiektów nie mogą przekroczyć granicznych wartości współczynników przenikania ciepła U zgodnie z warunkami technicznymi z 2021 roku. Parametr ten dla poszczególnych rozwiązań zależy w głównej mierze od grubości ścian oraz warstwy izolacji cieplnej. Z pewnością warto wybierać materiały o jak najniższym współczynniku λ i układać je grubszą warstwą.

Dowiedz się: Od czego zależy współczynnik przenikania ciepła U ściany? Jak obliczyć U ściany?

Styropian jest najpopularniejszym izolatorem, dostępnym w wielu wariantach. Zwiększenie jego grubości o 5 cm podniesie koszty inwestycyjne o ok. 20 zł/mkw., ale równocześnie poprawi izolacyjność przegrody i ograniczy straty ciepła, co w efekcie pozwoli osiągnąć oszczędności na kosztach eksploatacji.

Wymagania współczynnika U nie dotyczą tylko przegród poziomych i pionowych, ale również stolarki drzwiowej i okiennej. W przypadku okien, a właściwie szyb, na bilans energetyczny wpływa współczynnik g, który informuje, jaki procent promieniowania słonecznego przenika przez szyby do środka. Bardzo istotne jest uchwycenie balansu pomiędzy ciepłem, które można zyskać od promieniowania słonecznego, a potencjalnymi wydatkami poniesionymi na chłodzenie. W rozważanym budynku redukcja parametru g = 0,35 do poziomu 0,30 pozwoliła na obniżenie zapotrzebowania na energię elektryczną o 1,5%, a na ciepło o blisko 9%. W celu dobrania odpowiedniej wartości współczynnika g zaleca się przeprowadzenie analizy nasłonecznienia obiektu. Jej wynik może pomóc w procesach decyzyjnych, w których elementach szklanych należy zastosować niskie wartości g.

• Zobacz też: Ważne współczynniki dla okien: przenikania ciepła U i przepuszczalności energii cieplnej g

Nawet najbardziej ciepłe okna i drzwi, powodują kilka razy większe straty ciepła niż przegrody, dlatego zasadna jest optymalizacja stosunku przeszkleń do powierzchni ścian. W rozważanym obiekcie przeprowadzono symulację redukcji przeszklenia o 25%, co pozytywnie przełożyło się na wyniki –zapotrzebowanie na energię elektryczną zużywaną na procesy chłodzenia spadło o 15%, a na ciepło o 8%. W miejscach montażu drzwi i okien mogą pojawić się mostki termiczne, czyli nieszczelne połączenia, przez które ciepło ucieka na zewnątrz. Zwykle w obszarach ich występowania dochodzi do wykraplania pary wodnej, co w efekcie powoduje zawilgocenie materiałów izolacyjnych i konstrukcyjnych. Wzrost strat ciepła wymusza produkcję większej ilości energii, przez co system grzewczy będzie zużywać więcej paliwa i nastąpi wzrost kosztów ogrzewania. Dokładność wykonania konstrukcji oraz połączeń, a także zastosowanie wysokiej jakości materiałów zapobiegną powstawaniu nieszczelności, które na etapie użytkowania trudno zlokalizować i wyeliminować.

Jak zminimalizować koszty eksploatacji instalacji wodno-kanalizacyjnej?

Na koszty zużycia wody składają się wydatki związane z jej wykorzystaniem na cele socjalno-bytowe oraz odprowadzaniem ścieków. Istnieje wiele strategii promujących odzysk wody, w tym wykorzystanie tzw. wody szarej czy zielonej. W ten sposób można nie tylko ograniczyć pobór wody, ale – co ważniejsze – ograniczyć koszty.

Profesjonalne systemy pozwalają na zbieranie deszczówki (tzw. wody zielonej) z dachu, a następnie oczyszczenie jej oraz przechowywanie w zbiornikach. W połączeniu z systemem recyklingu wody szarej (pochodzącej np. ze zmywania, mycia rąk, brania prysznica) możliwe jest pokrycie w 100% zapotrzebowania na wodę do spłukiwania toalet w budynku czy podlewania zieleni. Na rynku dostępne są również rozwiązania mechaniczne – baterie można wyposażyć w perlatory ograniczające wypływ wody lub ograniczniki czasowe.

Analiza możliwości racjonalnego wykorzystania odnawialnych źródeł energii w budynku komercyjnym

W analizie uwzględniono instalacje grzewcze wykorzystujące odnawialne źródła energii – kolektory słoneczne, fotowoltaikę, energię wiatrową, gruntowe pompy ciepła, instalacje grzewcze na paliwo stałe (biomasę). Większości z nich nie wykorzystuje się m.in. ze względu na specyfikę lokalizacji biurowców, gdzie barierę może stanowić gęsta zabudowa.

Energia słoneczna wykorzystywana jest w Polsce od lat, a z roku na rok jej udział w krajowym miksie energetycznym stale rośnie. Wynika to z jej ogólnej dostępności zarówno dla odbiorców komercyjnych, jak i indywidualnych.

Jednym z najlepiej sprawdzonych i stosowanych od dziesięcioleci rozwiązań są kolektory słoneczne, zwane solarami. Spełniają one jedno ważne zadanie – pobierają energię z promieniowania bezpośredniego, rozproszonego i odbitego, a następnie przekazują ją do instalacji grzewczej. Promienie słoneczne docierają do absorbera, który pochłania je i zmienia w ciepło. Od absorbera ogrzewa się czynnik grzewczy, którym może być woda lub niezamarzający płyn. Przepływa on przez kolektor, a następnie trafia do zasobnika z wodą użytkową, której zostaje oddane ciepło z płynu czynnika grzewczego, ten natomiast ulega ochłodzeniu i wraca do kolektora.

• Dowiedz się: Jak działają kolektory słoneczne? Gdzie je zamontować? Alternatywa dla fotowoltaiki

O wydajności urządzeń decyduje przede wszystkim ich rozmieszczenie – najlepsze nasłonecznienie uzyska montaż na dachu, skierowany w stronę południową. Jeśli połać nie ma odpowiedniej ekspozycji lub wystarczająco dużej powierzchni, możliwe jest zastosowanie kolektorów modułowych absorbujących promienie słoneczne pod różnymi kątami padania albo ich montaż na ziemi.

W naszym klimacie kolektory służą przede wszystkim do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Realizacja systemu przygotowania c.w.u. wspomaganego kolektorami słonecznymi wiąże się z koniecznością większych nakładów inwestycyjnych na solary, zagospodarowania powierzchni dachu lub terenu wokół budynku do ich montażu, budową centrali instalacji przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz obsługą i jej utrzymaniem w dobrym stanie technicznym. Z tych powodów użycie kolektorów nie jest popularne w budownictwie komercyjnym, znacznie częściej stosowane są panele fotowoltaiczne, które mają tę przewagę, że produkują energię elektryczną ze słońca.

• Zobacz też: Jakie kolektory słoneczne wybrać?

Promienie padające na wykonane z krzemu panele PV – dzięki właściwościom fizycznym tego materiału – zamieniają się w darmową energię elektryczną. Uzyskany w ten sposób prąd może zostać wykorzystany przez dowolne urządzenia. Pomimo wielu istniejących mitów fotowoltaika w zimie również pracuje, choć uzyski są kilkakrotnie mniejsze niż latem. Ilość pozyskanej energii zależy m.in. od mocy całej instalacji, kąta nachylenia paneli oraz intensywności promieniowania. Podobnie jak w przypadku kolektorów słonecznych realizacja systemu zasilania budynku wspomaganego instalacją fotowoltaiczną wiąże się z koniecznością początkowych nakładów inwestycyjnych, przeznaczenia powierzchni dachu, elewacji lub terenu pod montaż paneli oraz obsługą i utrzymaniem instalacji w dobrym stanie technicznym.

Polecamy także: Rachunki grozy za fotowoltaikę i bajki handlowców sprzedających panele. Co może pójść nie tak?

Na całym świecie energia wiatrowa jest drugim najpopularniejszym (po energii słonecznej) odnawialnym źródłem energii. Również w Polsce te dwa rozwiązania mają widoczny udział w miksie energetycznym. Wiatr to czyste i bezpieczne źródło energii, jednak zakres stosowania tego typu rozwiązania jest ograniczony. Wśród wad najczęściej wymienia się koszty budowy elektrowni, konieczność znalezienia odpowiedniego terenu z dobrymi warunkami wietrznymi, trwałą ingerencję w krajobraz, wpływ na siedliska i trasy przelotów ptaków, a także hałas i ciągły szum. W gęstej zabudowie śródmiejskiej ze względu na brak miejsca, hałas i chaotyczne wiatry potencjał elektrowni wiatrowych nie mógłby zostać w pełni wykorzystany. Na rynku pojawiają się jednak nowatorskie rozwiązania przeznaczone do stosowania na obszarach miejskich, takie jak np. turbina wiatrowa O-Wind, która wykorzystuje poziome i pionowe ruchy powietrza.

• Przeczytaj też: Fotowoltaika z turbiną wiatrową. Czy to się opłaca? 

Biomasa to substancja pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, powstająca z wyrobów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu drzewnego. Stosowaniu paliw na bazie biomasy towarzyszy zerowy bilans CO₂. W praktyce oznacza to, że ilość CO₂ wyemitowanego podczas spalania w ogólnym bilansie nie przekroczy ilości zneutralizowanego dwutlenku węgla podczas życia rośliny. Do najczęściej stosowanych paliw biomasowych można zaliczyć te pochodzenia roślinnego, takie jak:

• drewno i jego szczapy,
• trociny i wióry,
• brykiet,
• pellety,
• ziarna zbóż.

Szczególnie popularny jest pellet, czyli przetworzona biomasa. Po formowaniu i sprasowaniu przybiera on kształt małych walców, przez co jest łatwiejszy w magazynowaniu i transporcie niż np. drewno czy wióry. Praca kotła na biomasę jest zautomatyzowana – po załadowaniu paliwa do zasobnika jest ono transportowane do kotła za pomocą podajnika. Realizacja kotłowni na biomasę wiąże się z koniecznością wydzielenia odpowiedniego pomieszczenia, budowy instalacji lokalnej kotłowni, wyodrębnienia strefy gromadzenia paliwa oraz ze stałą obsługą. W praktyce kotły na biomasę nie są popularne w budownictwie komercyjnym, w którym nadal prym wiodą źródła energii bazujące na miejskiej sieci ciepłowniczej.

• Dowiedz się: Gruntowa pompa ciepła – jak działa i czy się opłaca?

Kolejnym rozwiązaniem z kategorii odnawialnych źródeł energii są gruntowe pompy ciepła, wykorzystujące energię odnawialną zgromadzoną w glebie i nieemitujące żadnych zanieczyszczeń. Urządzenia te pobierają energię z głębi ziemi i przetwarzają ją na energię cieplną wykorzystywaną następnie do ogrzewania budynku lub podgrzewania ciepłej wody. Zaletą gruntu jest utrzymywanie stałej temperatury – nawet podczas zimy na głębokości ok. 2 m ma on temperaturę ok. 5°C. Rozwiązania zastosowane w systemach z gruntowymi pompami ciepła pozwalają na podniesienie temperatury czynnika roboczego krążącego w obiegu wewnętrznym pompy (za pomocą sprężarki) do temperatury pokojowej.

Zobacz też: Pompa ciepła zamiast kotła na węgiel. Wymiana pieca na pompę może sprawić problemy?

Gruntowe pompy ciepła mogą współpracować z wymiennikiem (kolektorem) poziomym lub pionowym. Częściej stosuje się pierwsze z wymienionych rozwiązań, z uwagi na niewielką głębokość układania (1,2–1,5 m), co pozytywnie wpływa na koszt tego wariantu. Pionowe kolektory gruntowe wymagają natomiast wykonania odwiertów i sięgają nawet do 100 m w głąb.

Popularnym sposobem zasilania pomp gruntowych w energię elektryczną jest wykorzystanie tej wyprodukowanej przez panele fotowoltaiczne. Realizacja systemu ogrzewania z pompą ciepła wiąże się z koniecznością zainwestowania dużych nakładów finansowych na wykonanie skomplikowanej instalacji wymagającej wykorzystania sporego terenu w pobliżu budynku, wydzielenia pomieszczenia technologicznego na potrzeby instalacji urządzenia, jego obsługi oraz utrzymania w dobrym stanie technicznym. Biorąc pod uwagę warunki terenowe w ośrodkach miejskich i związane z tym ograniczenia, realizacja instalacji gruntowych pomp ciepła nie zawsze jest możliwa.

• Zobacz też: Najnowocześniejsze hotele w Polsce

Zobacz galerię 32 zdjęcia

Architektura-murator. Podcast 30/30

Piotr Grochowski. Architekt, który bywa przedsiębiorcą

mgr inż. Agnieszka Kaczmarek