Яна Кънчева, Румяна Захариева, УАСГ  

 През последните години наред с развитието на архитектурно-строителните иновации се налага все повече необходимостта техническите, икономическите и социалните параметри да бъдат разглеждани в единство с тези, свързани с околната среда, т.е. да бъдат прилагани интегрални решения от гледна точка на устойчивото развитие. В тази връзка се въвежда сертифицирането на устойчиви сгради и се разработват редица международни стандарти за устойчиво строителство.

Независимо от различията помежду им световно утвърдените системи за сертификация на сгради (например DGNB, LEED и BREEAM) отчитат всички аспекти на строителството и експлоатацията: местоположение и ориентация, енергопотребление и енергийна ефективност, управление на водите, управление на отпадъците, качество на средата на обитаване, както и ефективността при използването на материалите и ресурсите. По отношение на строителните материали в LEED от края на 2012 г. са въведени и нови кредити (бонус точки) за материали, за които има издадени екологични декларации за продукта (ЕДП).

На ниво строителни материали обаче все още има недостатъчно развити инструменти за оценката им от гледна точка на тяхната устойчивост през целия им жизнен цикъл. В настоящата статия се представя описание на методиката и особеностите при прилагането й към леките конструктивно-изолационни и изолационни бетони (газобетон) по отношение на избраните критерии и индикатори, тежестни коефициенти, функционална единица, обхват от жизнения цикъл на продукта и др.п.

Методика за оценка на бетона в контекста на устойчивото развитие

Целта на методиката е да даде инструмент на строителните професионалисти (архитекти, инженери, строители, надзор) за най-добър избор на материали, който да отчита не само техническо-икономическите, но и екологичните им и социални аспекти. Идеята е да се извършва сравнителен анализ на минимум две алтернативи (два различни продукта, например бетонни блокчета или керамични тухли, или два класа от един продукт, например класове газобетон D440 и D700), които да са близки и/или взаимнозаменяеми по отношение на функциите и поведението им през експлоатационния цикъл на сградата. При това се изготвя подходящ набор от критерии, които би следвало да са общи за двете (или повече) алтернативи, с оглед на общите възможности за приложение и сходните технически свойства.

Въз основа на методиката е разработен числен модел, по който количествено може да се оцени как параметрите, отнасящи се до поведението на материала през отделните етапи на жизнения му цикъл, допринасят за постигане на устойчиво строителство. Изхождайки от факта, че устойчивото развитие, респ. строителство, се опира на три основни стълба – икономически, социален и околна среда, в методиката са включени критерии в тези три направления. Така се обхваща въздействието на бетона (в конкретния случай – газобетон) както по отношение на социално-икономическото развитие, така и върху околната среда. Известно е, че производството на бетон упражнява сериозен натиск върху околната среда най-вече поради използването на цимент - по емисии на парникови газове (главно СО₂) циментопроизводството заема второ място в глобален мащаб след стоманената индустрия [1].

Понастоящем все още предимно икономически фактори се оказват решаващи за производството и прилагането на конкретен вид бетон или продукт от бетон, макар че с политиката за енергийна ефективност се постига и по-добра социална поносимост, и по-високо качество на живот. За съжаление многообразието на аспекта околна среда и ефектът му върху избора на материали за строителството не могат да бъдат обхванати със съществуващите проектантски и строителни практики.

Ето защо цялостната и балансирана оценка на трите аспекта е от ключово значение за деклариране на устойчиви производства и практики в областта на строителството и в частност в областта на строителните материали.

Използван подход

Комплексността на различните параметри, които имат отношение към влиянието на бетона върху околната среда (състав на бетона, технология на производство, разходи на енергия и суровини, възможност за рециклиране, замърсяване и др.), неговите социални функции (достъпност, сигурност, комфорт и др.) и икономическата целесъобразност, изисква прилагането на интегрален подход както при формулиране на основните критерии за оценка, така и при определяне на тежестта на всеки един от тях при изчисляването на крайните оценки на алтернативите. Много от критериите и индикаторите са качествени и затова се налага тяхното нормиране - например наличието на изолационни свойства се задава като 1, а липсата на такива - като 0.

След преглед на възможните методи за анализ и оценка, например на жизнения цикъл (LCA), мултикритериен (МКА), SWOT, анализ по стойността на въплътената енергия (Embodied energy analysis) и други се оказа, че определящи са LCA и МКА [2].

Въпреки своята комплексност и възможността използваният подход да се прилага за оценка на други видове строителни материали, поради необходимостта от отчитане на множество фактори (количествени, качествени) и открояване на меродавните от тях, за да бъде максимално точна, методиката трябва да се адаптира към конкретен продукт или група продукти.

Обект за приложение на методиката

Обект на настоящата методика са пет класа газобетон - D350, D390, D440, D600 и D700, систематизирани в табл. 1. Основните параметри, по които те се отличават, са обемната плътност, якостта на натиск и коефициентът на топлопроводност.

Разгледани са и други техни показатели, например якост на опън при огъване, модул на еластичност, равновесна влажност при 23°C и 50% относителна влажност на въздуха, както и при 80% относителна влажност, пожароустойчивост F(REI)180, мразоустойчивост (15 цикъла) и др.

Оценка на жизнения цикъл (Life-cycle Assessment – LCA)

Акцент на LCA са възможните въздействия, които упражнява дадена дейност или продукт върху околната среда и човешкото здраве. Няма единствен алгоритъм, по който да може да се проведе LCA, тъй като е възможно обхватът (етапите от жизнения цикъл, взети предвид) на анализа да е различен в зависимост от целите и особеностите на обекта на изследването. Той може да варира от cradle to gate период, в който се включват всички процеси, свързани с продукта, до изхода от производствения процес, или cradle to grave, в който освен горния период се включват и тези на транспортиране, употреба, поддръжка и завършва с разрушаването и депонирането на отпадъка [3]. С отчитане на концепцията за край на отпадъка и изискванията на новата европейска рамкова директива за отпадъците (Директива 2008/98/ЕО) би следвало да се разглежда обхват cradle to cradle, т.е. да се включи и периодът, свързан с рециклирането на отпадъка до превръщането му в нов продукт, влизащ в нов жизнен цикъл.

Бетонът като строителен материал представлява голямо предизвикателство за LCA, тъй като се характеризира с изключително многообразие както по отношение на приложението, т.е. възможни са много функционални единици, така и по отношение на състава (например с използване на различни природни и вторични ресурси в различна степен) и технологиите (заводско изготвяне на елементи, изливане на място, термична обработка, грижи в ранна възраст), както по отношение на дълготрайността и експлоатационния период (от няколко години до 50-100 години най-често, а при съоръжения за радиоактивни отпадъци - и много повече).

Мултикритериен анализ (МКА)

Мултикритерийният анализ се прилага в случаи, когато е необходимо да се разгледат множество критерии, като често те са различни по същност и начин на измерване. По-сложно е при задачи, които включват отчитането не само на количествени, но и на качествени критерии, какъвто е случаят на параметрите, свързани с някои социални аспекти. При МКА процесът на оценка на алтернативите по зададен набор от критерии включва определяне на предпочитания (минимум, максимум, да/не или друг вид), задаване на тежестни коефициенти на различните критерии и респективно нормиране на данните с цел улесняване на анализа. При МКА е използван софтуер D-Sight, чрез който се създава т.нар. матрица на алтернативите (decision matrix), описваща определен набор от критерии и възможностите на отделните алтернативи да покрият тези критерии [4]. При D-Sight подреждането на алтернативите може да стане според предпочитанията на потребителя и по различни критерии, включително такива, които нямат количествени измерения. Това се прави по метода PROMETHEE [5], който описва предпочитанията към отделните варианти с математическа функция, като оценката варира между 0 (не се предпочитат) и 1 (предпочитат се).

Основни предпоставки

Равнопоставеност на аспектите на устойчивото развитие

Като изходна предпоставка е възприета равнопоставеността на отделните аспекти на устойчивото развитие, т.е. изискванията на социалните аспекти, тези за икономическа целесъобразност и за минимализиране на въздействието върху околна среда да бъдат удовлетворени в еднаква степен. По този начин всеки от аспектите участва с един и същ коефициент при комбинирането им в края на анализа. Численият модел дава възможност това съотношение да бъде променяно.

Обхват на анализа и функционална единица

Обхватът на анализа на жизнения цикъл е от съществено значение за крайните резултати, затова той трябва да бъде уточняван при интерпретацията на резулта­тите.

Препоръчително е да се обхваща целият жизнен цикъл, но това понякога е труднопостижимо - от една страна, поради липса на данни за някой от етапите, а от друга – големият обем информация има опасност да „замъгли” част от водещите тенденции, а също така прави процеса трудоемък и продължителен. В много случаи е резонно обхватът да бъде по-малък, но да съдържа достоверни резултати за разглежданата част от жизнения цикъл. С оглед възможностите за обезпечаване на настоящия анализ с данни обхватът тук е сравнително ограничен, а именно cradleto-gate, т.е. от суровина до пласмент.

При бетона (газобетона) възможностите за подбор на функционална единица (ФЕ) също са няколко – например 1 m³ или 1 m² стена с определена дебелина (например 25 cm). Имайки предвид, че монтажният и експлоатационният етап тук не са включени, е удачно да се използва първият вариант, тоест ФЕ е 1 m³.

Газобетонът от гледна точка на трите аспекта на устойчивото развитие.

Социален аспект

Според ISO TS 21929-1 индикаторите по този аспект за сгради описват отношението на сградата към други величини на ниво социална устойчивост. Такива величини например са застроена площ, достъп до основни услуги, включен обществен транспорт, наличие на открити и зелени пространства, опазване на културното наследство, шум, качество на въздуха и др. Все още няма методика, по която да се оцени приносът на материалите към социалната устойчивост. Очевидно е обаче, че материали, които са по-достъпни, по-лесни за влагане (като време на строителство, усилия на строителите и др.), които са не само безопасни при експлоатация (всички материали трябва да бъдат такива), но и допринасят за повишаване на комфорта на обитаване и намаление на потребяваната енергия, които подлежат на повторна употреба или са рециклируеми, могат да бъдат оценени като по-устойчиви в социален контекст.

Блокчетата от газобетон притежават физически и механични свойства, които правят газобетона сред най-използваните строителни материали у нас. Поради ниската си обемна плътност те допринасят за по-малки натоварвания в сградите и подпомагат антисеизмичното осигуряване. Поради порьозната си структура този вид бетон има много добри топлоизолационни свойства. Това обяснява факта, че класовете D390 и D440, имащи най-ниските

λ коефициенти, са най-произвеждани – заедно съставляват 70% от произвеждания газобетон. Други предимства, които правят този материал сериозен конкурент на традиционните зидарийни тела от керамика, са негоримост и възможност да се използва като огнезащитен слой, без да отделя вредни емисии при пожар, шумоизолационни свойства, устойчив на гниене, плесени, насекоми и възможност да се рециклира изцяло. Ето защо, разглеждайки социалния аспект на ниво строителен материал, за нуждите на настоящото изследване е прието меродавните индикатори да са обвързани с техническите параметри на газобетона. Индикаторите са групирани в четири критерии: конструктивна функция (носеща, топлоизолационна и комбинирана от двете), физико-механични свойства, изолационни свойства и обработваемост.

Икономически аспект

При разглеждане на икономическия аспект обикновено се вземат предвид паричните потоци по време на изследвания период (жизнения цикъл или част от него). За целите на настоящия проект (cradle-to-gate) са взети предвид главно разходите за производство, включващи разходи за: суровини (пясък, цимент, варовик, алуминиева паста, гипс), транспорт (в случая включен към суровините), маркетинг. Някои вторични индикатори като възможност за намаляване на бъдещото енергопотребление в сградата, възможност за повторна употреба и рециклиране са изключени на този етап от модела (поради оскъдни данни), но ще бъдат разгледани при едно последващо развитие на модела.

Околна среда

Тук се включват няколко групи индикатори, които описват въздействията върху околната среда от гледна точка потребяване на възобновяеми и невъзобновяеми ресурси, вредни емисии във въздуха, водата и почвите и изчерпване на изкопаеми горива.

Индикаторите са в четири групи критерии: вреди върху околната среда, потребяване на ресурси, потребяване на енергия, използване (изчерпване) на изкопаеми горива. Към аспекта околна среда могат да бъдат разгледани и два други фактора - локалност и рециклируемост. Газобетонните блокчета в България като цяло се произвеждат с местни суровини в рамките на до 100 км от завода, което обуславя малки транспортни разстояния, тоест малки вредни емисии от транспорт. Единствената внасяна от чужбина суровина е алуминиевата паста, но тя е с малко процентно съдържание в състава на газобетона. Газобетонът позволява до 100% рециклиране: производствените отпадъци обикновено се превръщат в пълнежен материал, водата се рециклира, няма горивни процеси и не се отделят вредни газове в атмосферата и газобетонът може да се рециклира като лек трошен камък.

По-нататъшно развитие на модела

По-нататъшното развитие на модела може да се търси в няколко направления:

- разширяване на обхвата на LCA и промяна на ФЕ, така че да се търси оптимално решение въз основа на повече критерии и индикатори;

- промяна в обекта на изследването например сравнение на един или повече класове газобетон с предимно топлоизолационна функция с един или повече класове от друг вид материал със сходна функция (напр. керамични тухли), или сравнение на един или повече класове газобетон с предимно носеща функция с друг вид материал със сходна функция (напр. стоманобетон);

- комбинация от горните, което би обогатило представата за мястото на газобетона сред конкурентните му продукти, както и би създало база за дискусия върху отражението на принципите на устойчивото развитие и строителство върху избора (и пазара) на строителни материали в България.

Настоящата статия е в резултат на работа по научноизследователски проекти БН-128/11 и БН-146/13 към ЦНИП при УАСГ. Авторите са признателни и на „Ксела България” ЕООД за предоставените данни за производството на газобетон у нас.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Calkins, M., Materials for Sustainable Sites. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, USA, 2009.

[2] Кънчева Я., Р. Захариева, Обобщена методика за оценяване на бетона като строителен материал в контекста на устойчивото развитие, Сб. докл. Юбилейна международна конференция УАСГ 2012 (15-17 ноември 2012 г.), София.

[3] Cole R.J., Building Environmental Assessment Methods: Clarifying Intentions. Building Research and Information, Vol. 27 (4/5), 1999, pp. 230-246.