Budovy s téměř nulovou spotřebou energie

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Budovy s téměř nulovou spotřebou energie prof. Ing. Karel Kabele, CSc. Miroslav Urban Michal Kabrhel Daniel Adamovský Stanislav Frolík

2 KLIMATICKÉ ZMĚNY ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 2

3 Globální oteplování ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 3

4 Globální oteplování Chladicí denostupně Vytápěcí denostupně ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 4

5 1991/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /2014 Globální oteplování POČET DENOSTUPŇŮ - ČR ENERGO SUMMIT 2016 Zpracováno z podkladů (C) Karel Kabele 5

6 Globální oteplování.uplynulých 450 tisíc let TODAY ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 6

7 Globální oteplování.uplynulých 10 tisíc let ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 7

8 Globální oteplování ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 8

9 Globální oteplování a energie? ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 9

10 ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 10

11 ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 11

12 EU -20% -20% 100% +20% 8,5% Skleníkové plyny Spotřeba energie Podíl OZE ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 12

13 EU 2030? % % 100% % % +27 % % 2020 Skleníkové plyny Spotřeba energie Podíl OZE SN 79/14 European Council (23 and 24 October 2014) Conclusions on 2030 Climate and Energy Policy Framework ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 13

14 Zákony, vyhlášky, směrnice Směrnice 2002/91/EC o energetické náročnosti budov (EPBD) Směrnice 2010/31/EC ( ) Zákon 406/2006 Sb., o hospodaření energií Zákon č. 318/2012 Sb. (částka 117 z , platný od ) Prováděcí vyhlášky xxx/2012(2013) Sb.!!!! Směrnice 2012/27/EU o energetické účinnosti ( )!!!! ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 14

15 Prováděcí vyhlášky k Zákonu 406/2000 Sb., o hospodaření energií ve znění č. 318/2012 Sb. Vyhláška o energetické náročnosti budov 78/2013 Sb. ( ) Vyhláška o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie 194/2013 Sb.( ) Vyhláška o kontrole klimatizačních systémů 193/2013 Sb.( ) Vyhláška o energetickém auditu a posudku 480/2012 Sb. ( ) Vyhláška o energetických specialistech č.118/2013 Sb. ( ) Vyhláška o stanovení minimální účinnosti užití energie při výrobě elektřiny a tepelné energie 441/2012 Sb. ( ) TNI Energetická náročnost budov typické hodnoty pro výpočet ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 15

16 Nízkoenergetický dům Dům s téměř nulovou spotřebou energie? Pasivní dům Energeticky aktivní dům Energeticky nulový dům ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 16

17 Energeticky nezávislé budovy Ostrovní provoz Bez napojení na vnější energetické sítě, minimalizace potřeby energie Obnovitelné zdroje Fotovoltaika Fototermika Větrná elektrárna Kotel na biomasu Kogenerace Tradiční zdroje Elektrocentrála Kotel zdroj: zdroj: zdroj: autor ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 17

18 Energeticky úsporné budovy Nízkoenergetický dům Pasivní dům Energeticky nulový dům Energeticky aktivní domy Roční potřeba tepla na vytápění < 50 kwh/m 2 /rok Roční potřeba tepla na vytápění < 15 kwh/m 2 /rok celkem primární < 120 kwh/m 2 /rok Roční potřeba tepla na vytápění < 5 kwh/m 2 /rok Pasivní s přebytkem vlastní výroby elektrické energie (PV) - dodává do sítě zdroj: Tywoniak Nízkoenergetické domy Principy a příklady 2005 ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 18

19 Energeticky úsporné budovy Nízkoenergetický dům Pasivní dům Energeticky nulový dům Energeticky aktivní domy Roční potřeba tepla na vytápění < 50 kwh/m 2 /rok Roční potřeba tepla na vytápění Budovy s téměř nulovou potřebou energie < 15 kwh/m 2 /rok celkem primární < 120 kwh/m 2 /rok Roční potřeba tepla na vytápění < 5 kwh/m 2 /rok Pasivní s přebytkem vlastní výroby elektrické energie (PV) - dodává do sítě ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele zdroj: Tywoniak Nízkoenergetické domy Principy a příklady

20 Energetická náročnost budov Teplá voda Vytápění Chlazení energetickou náročností budovy se rozumí vypočtené množství energie nutné pro pokrytí potřeby energie spojené s užíváním budovy, zejména na Energetická náročnost budov vytápění, Umělé osvětlení Úprava vlhkosti vzduchu chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, Větrání přípravu teplé vody a osvětlení Zdroj: Zákon 318/2012 Sb. ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 20

21 CENTRALIZOVANÉ ZDROJE Energetická náročnost budov Systémová hranice OZE noze Primární energie Obnovitelná Neobnovitelná Solární zisky Prostup Infiltrace větrání Denní osvětlení Vnitřní zisky Požadovaný stav vnitřního prostředí (teplota, vlhkost, kvalita vzduchu, osvětlení) Teplá voda Vytápění Chlazení Větrání Osvětlení Teplá voda TECHNICKÉ SYSTÉMY BUDOV Teplo Chlad Elektřina noze OZE Potřeba energie Ztráty tech.systémů Vypočtená spotřeba energie Pomocné energie Dodaná energie ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 21

22 Příloha č. 3 k vyhlášce č. 78/2013 Sb. Primární energie Energonositel (C) Karel Kabele Faktor primární energie (-) Faktor neobnovitelné primární energie(-) Zemní plyn 1,1 1,1 Černé uhlí 1,1 1,1 Hnědé uhlí 1,1 1,1 Propan-butan/LPG 1,2 1,2 Lehký topný olej 1,2 1,2 Elektřina 3,2 3,0 Dřevěné peletky 1,2 0,2 Kusové dřevo, dřevní štěpka 1,1 0,1 Energie okolního prostředí (elektřina a teplo) 1,0 0,0 Elektřina - dodávka mimo budovu -3,2-3,0 Teplo - dodávka mimo budovu -1,1-1,0 Soustava zásobování tepelnou energií s vyšším než 80% podílem 1,1 0,1 OZE Soustava zásobování tepelnou energií s vyšším než 50% a nejvýše 1,1 0,3 80 % podílem OZE Soustava zásobování tepelnou energií s 50% a nižším podílem OZE 1,1 1,0 Ostatní neuvedené energonositele 1,2 1,2 ENERGO SUMMIT

23 Co je to budova s téměř nulovou spotřebou energie? Požadavky na budovy s téměř nulovou spotřebou energie (nzeb) jsou definovány: v zákonu 406/2000 Sb. o hospodaření energií (aktuální úprava 103/2015 Sb., platí od ; 131/2015 Sb platí od ) budovou s téměř nulovou spotřebou energie je budova s velmi nízkou energetickou náročností, jejíž spotřeba energie je ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů. Ve vyhlášce 78/2013 o energetické náročnosti budov (aktuální novela 230/2015 Sb. platí od ) Snížení ENB : zpřísnění požadavku na obálku budovy Využití OZE : zpřísnění požadavku na neobnovitelnou primární energii ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 23

24 Označení Jednotky Budovy s téměř nulovou spotřebou energie Snížení ENB zpřísnění požadavku na U em ve vztahu k požadované hodnotě ČSN :2011 U em,n,20,r = f R [ (U N,20,j A j b j ) / A j + U em,r ] Parametr Redukční činitel požadované základní hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla Změna dokončené budovy Referenční hodnota Nová budova Budova s téměř nulovou spotřebou energie f R - 1,0 0,8 0,7 ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 24

25 % % Označení Jednotky Vliv OZE Budovy s téměř nulovou spotřebou energie snížení referenční hodnoty neobnovitelné primární energie o 10 až 25 % podle typu budovy Parametr Snížení hodnoty neobnovitelné primární energie stanovené pro referenční budovu Δe p,r Druh budovy nebo zόny Změna dokončené budovy po Referenční hodnota Nová budova po Budova s téměř nulovou spotřebou energie Rodinný dům Bytový dům Ostatní budovy ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 25

26 % Kontrola splnění požadavků na nzeb 120 nzeb Uem Δ ep-rd Δ ep-bd Δ ep-ostatní Zavedení požadavku nzeb: >1500 m 2 > 350 m 2 < 350 m 2 Budovy, jejímž vlastníkem a uživatelem bude orgán veřejné moci nebo subjekt zřízený orgánem veřejné moci Od Od Od Ostatní Od Od Od ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 26

27 Cesta k budově s téměř nulovou spotřebou energie - ve světě ENERGO SUMMIT 2016 zdroj: Kurnitskyi Nearly zero energy buildings nzeb. REHVA (C) Karel Kabele

28 NAVRHOVÁNÍ BUDOV S TÉMĚŘ NULOVOU SPOTŘEBOU ENERGIE ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 28

29 Navrhování nzeb* Požadavky na vnitřní prostředí Stavebně-technické řešení Technické řešení Volba energonositele Koncepce technických systémů Ovlivňují potřebu energie na vytápění chlazení Ovlivňuje dílčí dodanou energii do budovy vytápění chlazení přípravu TV osvětlení větrání.. Ovlivňuje obnovitelnou a neobnovitelnou primární energii dodanou do budovy - podíl OZE *nzeb Nearly Zero Energy Building = budova s téměř nulovou spotřebou energie ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 29

30 Neobnovitelná PE Navrhování nzeb Požadavek na neobnovitelnou primární energii lze splnit vhodným poměrem využití obnovitelných zdrojů parametrů stavebních prvků obálky budovy parametrů technických systémů budovy [Vyhláška 78/2013 Sb příloha 5] Příklad požadavku na referenční hodnoty NOVÉ BUDOVY Optimalizační úloha s více proměnnými - BUDOVY S TÉMĚŘ NULOVOU SPOTŘEBOU ENERGIE Průměrný součinitel prostupu tepla ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 30

31 Navrhování nzeb Koncept energetických systémů budovy zásobování teplem zásobování elektrickou energií (zásobování chladem) Kontrola splnění požadavků na ENB Optimalizace návrhu obálka a TZB ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 31

32 Koncept zásobování teplem Energonositel Zdroj tepla Přenos tepla Spotřebiče tepla Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Topný olej Kotle Kogenerační jednotky Teplovodní otopná soustava Horkovodní otopná soustava Vytápění místností Otopná tělesa Otopné plochy Vzduch Příprava teplé vody Energie prostředí Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu Fototermické kolektory Tepelná čerpadla Parní otopná soustava Vzduch Průtočná Zásobníková Kombinovaná Potřeby VZT Ohřev Úprava vlhkosti Elektřina ze sítě Topidla Přímo zdrojem Technologická zařízení budov ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 32

33 Koncept zásobování teplem Energonositel Zdroj tepla Přenos tepla Spotřebiče tepla Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Topný olej Kotle Kogenerační jednotky Teplovodní otopná soustava Horkovodní otopná soustava Vytápění místností Otopná tělesa Otopné plochy Vzduch Příprava teplé vody Energie prostředí Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu Fototermické kolektory Tepelná čerpadla Parní otopná soustava Vzduch Průtočná Zásobníková Kombinovaná Potřeby VZT Ohřev Úprava vlhkosti Elektřina ze sítě Topidla Přímo zdrojem Technologická zařízení budov ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 33

34 Koncept zásobování elekřinou Energonositel Zdroj elektrické energie pro budovu Koncept budovy Elektrická síť v budově Elektřina ze sítě Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Topný olej Síť Kogenerační jednotka Fotovoltaické kolektory Klasické napojení na síť Chytrá síť Nízké napětí (220/380 V) Energie prostředí Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu ENERGO SUMMIT 2016 Větrná elektrárna Vodní elektrárna Ostrovní provoz s akumulací Malé napětí (do 50 V) (C) Karel Kabele 34

35 Koncept zásobování elekřinou Energonositel Zdroj elektrické energie pro budovu Koncept budovy Elektrická síť v budově Elektřina ze sítě Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Topný olej Síť Kogenerační jednotka Fotovoltaické kolektory Klasické napojení na síť Chytrá síť Nízké napětí (220/380 V) Energie prostředí Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu ENERGO SUMMIT 2016 Větrná elektrárna Vodní elektrárna Ostrovní provoz s akumulací Malé napětí (do 50 V) (C) Karel Kabele 35

36 Koncept zásobování chladem Energonositel Zdroj chladu Přenos chladu Spotřeba chladu Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Topný olej Kompresorové chlazení Absorpční chlazení Chladivová soustava Chlazení místností Konvektory Plošné chlazeni Energie prostředí Trigenerační jednotky Vodní soustava VZT zařízení Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu Elekřina Peltierův článek Přímé chlazení Vzduch Ochlazování vzduchu Úprava vlhkosti Technologie ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 36

37 Koncept zásobování chladem Energonositel Zdroj chladu Přenos chladu Spotřeba chladu Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Topný olej Kompresorové chlazení Absorpční chlazení Chladivová soustava Chlazení místností Konvektory Plošné chlazeni Energie prostředí Trigenerační jednotky Vodní soustava VZT zařízení Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu Elekřina Peltierův článek Přímé chlazení Vzduch Ochlazování vzduchu Úprava vlhkosti Technologie ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 37

38 Případová studie administrativní budova ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 38

39 Administrativní budova ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 39

40 Administrativní budova Variantní řešení technických systémů varianta 1 varianta 2 varianta 3 elektřina, energie okolního Zemní plyn, elektřina CZT*, elektřina převažující energonositel prostředí zdroj tepla plynový kotel Předávací stanice tepelné čerpadlo (90%) elektrodohřev (10%) zdroj chladu kompresorový zdroj kompresorový zdroj tepelné čerpadlo příprava teplé vody nepřímo ohřívaný zásobník nepřímo ohřívaný zásobník nepřímo ohřívaný zásobník Energonositel Faktor PE Faktor npe Podíl OZE Soustava zásobování teplem s vyšším než 80% podílem OZE 1,1 0,1 81 % Soustava zásobování teplem s vyšším než 50% a nejvýše 80 % podílem OZE 1,1 0,3 72,8 % Soustava zásobování tepelnou energií s 50% a nižším podílem OZE 1,1 1,0 10 % ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 40

41 ADMIN optimalizace Uem Neobnovitelná PE Q np Var 2 CZT + kompresor Var 1 Plynový kotel + kompresor Var 3 Tepelné čerpadlo Průměrný součinitel prostupu tepla Uem ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 41

42 ADMIN kompenzace max Uem dalším OZE Neobnovitelná PE Q np Var 2 CZT + kompresor Požadavek na ONZ Var 1 Plynový kotel + kompresor Var 32 Tepelné CZT + kompresor čerpadlo Průměrný součinitel prostupu tepla Uem ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 42

43 ADM kompenzace max Uem dalším OZE Podíl OZE potřebný pro splnění požadavků Q npe pro nzeb při požadovaném Uem Největší podíl energie z OZE pro splnění požadavků nzeb vyžaduje varianta 3 (TČ). Nejmenší podíl vyžaduje varianta 2 (CZT).. ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 43

44 Návrh PV systému Využitelná plocha střechy 102 m 2 ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 44

45 Návrh systému PV systém 7,5 kwp Akumulace (baterie 22kWh) Bez akumulace Investice: Kč Investice: Kč ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 45

46 Shrnutí Současná česká legislativa vycházející z Evropské směrnice o energetické náročnosti budov z roku 2010, upřesňuje definici budovy s téměř nulovou spotřebou energie (nzeb) v zákonu 406/2000 Sb o hospodaření energií (aktuální úprava 103/2015 Sb., a ve vyhlášce 78/2013 o energetické náročnosti budov (aktuální novela 230/2015 Sb. platí od Zákon uvádí, že budovou s téměř nulovou spotřebou energie je budova s velmi nízkou energetickou náročností, jejíž spotřeba energie je ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů.. Vyhláška definici NZEB upřesňuje stanovením požadavku na tepelně-izolační vlastnosti obálky budovy (maximální průměrný součinitel prostupu tepla) a požadavkem na maximální vypočtené množství neobnovitelné primární energie pro posuzovanou budovu. Požadavky se stanovují Vyhláškou daným výpočtovým postupem individuálně pro každou posuzovanou budovu na základě hodnot referenční budovy a liší se případ od případu. Splnění požadavků na nzeb se řeší návrhem vhodné konstrukce obálky budovy (ovlivňuje především potřebu tepla na vytápění), výběrem energonositelů (faktorem primární energie ovlivňuje množství neobnovitelné primární energie) a koncepcí technických systémů (účinnostmi ovlivňuje množství dodané energie). ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 46

47 DĚKUJI ZA POZORNOST Karel Kabele Katedra technických zařízení budov Stavební fakulta, ČVUT v Praze ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 47