Hodnocení životního cyklu budov

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Hodnocení životního cyklu budov Ing. Martin Vonka, Ph.D. Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

2 definice pojmů kategorie dopadu & indikátory ekvivalentní emise (CO 2,ekv., a.j.) primární energie svázaná á spotřeba energie svázaná á produkce emisí (CO 2,ekv., SO 2,ekv., aj.) j)

3 kategorie dopadu HF freon NO 2 CH 4 CO 2 NH 3 SO 2 NO tetrachlor N 2 O HCl NO x HCFC SF 6 ŽP

4 kategorie dopadu SO 2 NO HF AP NO 2 CO 2 CH4 HCl NO x tetrachlor GWP N 2 O NH 3 materiály freon HCFC SF 6 ŽP půda energie kategorie dopadu POCP NP ODP indikátory

5 indikátory kategorie dopadu Zdroj: Anders C. Schmidt a kol.: A Comparative Life Cycle Assessment of Building Insulation Products made of Stone Wool, Paper Wool and Flax, Part 2: Comparative Assessment

6 emise CO2, 2,ekv ekv.. [g/mj] Zdroj: GEMIS + česká databáze (CityPlan)

7 emise CO 2 X CO 2,ekv. [kg/tj] CO2 CO2ekv kotelna na zemní plyn (REZZO3) kotelna na hnědé uhlí (REZZO3, neodsířená) kotelna na dřevo (REZZO3) elektrická energie mix ČR (rok 2008) Zdroj: GEMIS + česká databáze (CityPlan)

8 primární energie z neobnovitelných zdrojů primární energie konečná spotřeba energie není zvykem hodnotit reálnější vyjádření dopadu! PENB energetický audit

9 konverzní faktor těžba primárních výroba výroba el. energie distribuce konečná spotřeba energie energetických surovin konverzní faktor = primární energie konečná spotřeba energie

10 konverzní faktor 3,50 3,00 palivo faktor 2,50 zemní plyn 1,4 elektrická energie - mix ČR 3,2 elektrická energie - fotovoltaika 0,2 elektrická energie - větrná energie 0,2 uhlí (hnědé (hnědé, černé) 15 1,5 lehký topný olej 1,4 dřevěné pelety 0,15 kusové dřevo 0,05 bioplyn 0,12 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Zdroj: GEMIS + česká databáze (CityPlan)

11 GEMIS data elektráren

12 konverzní faktor 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1, ,00 0,50 0,00 elektrárna HU nová JE blok 1000 MW JE Temelín elektrická energie elektrická energie elektrická energie elektrická energie mix ČR (rok 2005) mix ČR (rok 2008) fotovoltaická elektrárna větrná elektrárna Zdroj: GEMIS + česká databáze (CityPlan)

13 emise CO 2,ekv. [g/mj] elektrárna HU nová JE blok 1000 MW JE Temelín elektrická energie elektrická energie elektrická energie elektrická energie mix ČR (rok 2005) mix ČR (rok 2008) fotovoltaická elektrárna větrná elektrárna Zdroj: GEMIS + česká databáze (CityPlan)

14 emise SO 2,ekv. [g/mj] 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,0 elektrárna HU nová JE blok 1000 MW JE Temelín elektrická energie elektrická energie elektrická energie elektrická energie mix ČR (rok mix ČR (rok fotovoltaická větrná 2005) 2008) elektrárna elektrárna Zdroj: GEMIS + česká databáze (CityPlan)

15 primární energie a pasivní domy spotřeba tepla na vytápění 15 kwh/(m 2.a) konečná spotřeba energie max. 42 kwh/(m 2.a) primární energie max. 120 kwh/(m 2.a) pokud el. energie ze sítě 42 x 3,2 > 120 kwh/(m 2.a) není pasivní dům!

16 spotřeba primární energie

17 svázaná spotřeba energie energie potřebná k těžbě a výrobě svázané emise (CO 2,ekv., SO 2,ekv. aj.)

18 skelná vata obal vč. odpady likvidace 0% doprava 4% 2% PEI surovina 6% pojivo 12% odpady z obalů odpady 5% obal 0% doprava 1% 2% GWP surovina 11% výroba 76% výroba 81%

19 svázané hodnoty materiálů svázaná spotřeba energie [MJ/kg] prostý beton pórobeton plná cihla malta písek, přírodní písek nepálená hlína - cihla (výroba v místě) nepálená hlína - cihla (dovoz) dřevovláknitá deska z měkého dřeva expandovaný polystyren extrudovaný polystyren ovčí vlna minerální vata řezivo, prkna PVC - podlahová krytina betonová taška měděný plech titan-zinkový plech PVC - izolační pás armovací ocel Zdroj: Waltjen, T.: Ökologischer Bauteilkatalog. Bewertete gängige Konstruktionen, Springer-Verlag/Wien 1999

20 svázané hodnoty materiálů svázaná produkce emisí CO2,ekv. [kg/kg] nepálená h nepálená dřevovláknitá de prostý beton pórobeton plná cihla malta písek, přírodní písek lína - cihla místě) (výroba v hlína - cihla (dovoz) ska z měkého dřeva expandovaný polystyren extrudovaný polystyren ovčí vlna minerální vata řezivo, prkna PVC - podlahová krytina betonová taška měděný plech titan-zinkový plech PVC - izolační pás armovací ocel Zdroj: Waltjen, T.: Ökologischer Bauteilkatalog. Bewertete gängige Konstruktionen, Springer-Verlag/Wien 1999

21 svázané hodnoty materiálů svázaná spotřeba energie [MJ/kg] % h hli níkový plec - hliní íkový plech re ecyklovaný Zdroj: Waltjen, T.: Ökologischer Bauteilkatalog. Bewertete gängige Konstruktionen, Springer-Verlag/Wien 1999

22 environmentální parametry tepelné izolace 140 svázaná spotřeba energie (PEI) MJ/kg Zdroj: Mötzl, H., Zelger, T.: Öekologie der Dämmstoffe, Springer-Verlag/Wien 2000

23 environmentální parametry tepelné izolace 6 svázaná produkce emisí CO2,ekv. (GWP) kg/kg Zdroj: Mötzl, H., Zelger, T.: Öekologie der Dämmstoffe, Springer-Verlag/Wien 2000

24 environmentální parametry tepelné izolace 2 svázanáprodukce emisí CO 2,ekv. (GWP) kg/kg 1,5 1 0,5 0 korkové desky dřevovláknitá vločky desky len s izolace zcelulózového z celulózového polyesterovou 0,5 05 vlákna vlákna síťkou ovčí vlna plsť s akumulací CO2 bez akumulace CO2 1 1,5 Zdroj: Österreichisches Institut für Baubiologie und Bauökologie:

25 důraz na srovnávací jednotky! 40 svázaná produkce emisí SO2,ekv. (AP) kg/kg 140 svázaná spotřeba energie (PEI) MJ/kg Funkční jednotka 1 m 2 Příklad: zateplení fasády, U izolace =0,15 W/(m 2.K) svázaná á produkce emisí svázaná á spotřeba energie SO 2,ekv. (AP) - kg/m 2 (PEI) - MJ/m 2 minerální vlna 258,9 589,99 expandovaný polystyren 212,7 793,7

26 environmentální parametry tepelné izolace 0,014 svázaná produkce emisí R 11 ekv. (ODP) g/kg 0,012 0,010 0,008 0, ,004 0,002 0,000 Zdroj: Mötzl, H., Zelger, T.: Öekologie der Dämmstoffe, Springer-Verlag/Wien 2000

27 environmentální parametry tepelné izolace 30 svázanáprodukce emisí C2H4,ekv. (POCP) g/kg Zdroj: Mötzl, H., Zelger, T.: Öekologie der Dämmstoffe, Springer-Verlag/Wien 2000

28 environmentální parametry tepelné izolace 40 svázaná produkce emisí SO2,ekv. (AP) kg/kg Zdroj: Mötzl, H., Zelger, T.: Öekologie der Dämmstoffe, Springer-Verlag/Wien 2000

29 stropní konstrukce embodied energie MJ/m2

30 databáze databáze / země krátký popis autor (správce) Ecoinvent / Švýcarsko IBO / Rakousko GEMIS / Německo SIA / Švýcarsko pravidelně aktualizovaná a doplňovaná databáze ze široké oblasti lidských činností (stavebnictví je pouze částí databáze) katalog materiálů a konstrukcí soubor stavebně fyzikálních a environmentálních údajů jako svázaná spotřeby energie a svázaná produkce emisí databáze především pro energetické procesy a dopravu deklarace stavebních hmot a výrobků soubor stavebně fyzikálních a environmentálních údajů Swiss Centre for Life Cycle Inventories Österreichisches Institut für Baubiologie und ökologie (IBO) Öko-Institut Darmstadt Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (SIA) Inventory of Carbon databáze řady stavebních materiálů Department of Mechanical and Energy (ICE) / obsahující data svázané spotřeby Engineering, University of Velká Británie energie a svázaných produkcí emisí Bath

31

32

33

34

35 Webový katalog materiálů a konstrukčních prvků pro novostavby a rekonstrukce obsahující technické i environmentální parametry, lokalizovaný pro ČR

36

37 provozní energie x embodied energie bytový dům (1927), zděná, bez tepelné izolace současný bytový dům (1999), zděná nízkoenergetický dům (2002), hrázděná konstrukce GJ/m2 200 GJ/m2 200 GJ/m : : : years years years vztaženo na 1m 2 podlahové plochy

38 životní cyklus budovy od od kolébky do hrobu hrobu

39 historie přelom 60. a 70. let (USA) - ropná krize, metoda Zdroje a profilová analýza z hlediska ŽP (REPA), hodnocení výrobků z hlediska spotřeby energie a surovin počátek 80. let (Evropa) - zvýšený zájem o obaly - porovnávání různých druhů obalů, posouzení již během celého výrobního procesu (neposuzuje se likvidace), rozšíření sady sledovaných kritérií léta - posuzování (negativní) dopadu výrobků na ŽP během celého životního cyklu - metoda PLCA Product Life Cycle Assessment ) současnostč - jsou již vytvořeny ř normy, na dalších se pracuje, existují databáze a programy

40 soubor norem ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO LCA: Obecné principy a návody LCA: Stanovení cíle a rozsahu a Inventarizační č analýza LCA: Hodnocení dopadů životního cyklu LCA: Interpretace životního cyklu Příklady pro Dokumentační formát Příklady pro Slovník

41 schéma posuzování životního cyklu ČSN EN ISO ČSN EN ISO ČSN EN ISO ČSN EN ISO ČSN EN ISO

42 definice cílů a rozsahu Stanovení cíle a vymezení rozsahu závisí na účelu prováděné analýzy a způsobu použití. Cíl studie by měl jasně vyjadřovat zamýšlené použití, důvody, proč je studie prováděna a komu je určena. Zároveň ň musí íbýt stanovena hranice systému. Proč se studie vypracovává? Pro koho se vypracovává? K čemu budou získané výsledky použity?

43 definice cílů a rozsahu Stanovení hranice systému kam až se v hodnocení zajde? Bude se hodnotit i amortizace strojů, které jsou určeny k těžbě a dopravě ě primárních materiálových surovin? Bude se hodnotit spotřeba energie a vody na staveništi? Budou se hodnotit veškeré konstrukce, nebo třeba jenom konstrukce hrubé stavby? Jak moc detailně se bude hodnotit provozní fáze? Bude se postihovat fáze likvidace?

44 stanovení cílů a rozsahu Zahrnutí likvidace spálení vylepší energetickou bilanci! Zdroj: Ing. František Vörös, Sdružení EPS ČR: Environmentální prohlášení o produktu (EPD) pro tři kategorie izolací EPS

45 inventarizační analýza -LCI Schematické znázornění všech materiálových a energetických toků v hodnoceném systému Sběr dat Kvantifikace těchto toků

46 technologický postup kamenná vlna Zdroj: Anders Schmidt, Ph.D., FORCE Technology: Porovnání hodnocení životních cyklu tří izolačních materiálů

47 Zdroj: EPD KB Bloky inventarizační analýza - kvantifikace

48 inventarizační analýza - LCI realizace provoz demolice údržba, obnova, modernizace, rekonstrukce, sanace, demontáž,doprava, dopad na ŽP (toky energie e, materiálů, emisí, ) těžba doprava roba recyklace, odpad vý doprava realizace

49 redukce spotřeby primární energie primary energy consump ption kwh/(m2a) ÚNĚTICE OB T06 B MB T06 B věž T06 B 32,9x13,2 T06 B_PK Dygrynova RD PH RD FV RD Babina RD MP (passiv) RD REF BD REF BD Ječná BD dvouletka BD Rubešova BD Vyšehradská URDup UBD Tbuilding g

50 < 1 rok energetická návratnost < 1rok < 1rok 2roky e mbodied energy kwh/m2 ÚNĚTICE OB T06 B MB T06 B věž T06 B T06 RD 32,9x13,22 B_PK Dygrynova PH RD FV RD Babinaa RD MP RD BD BD BD dvouletka BD Rubešova BD Vyšehradská URDup (passiv) REF REF Ječná UBD building

51 hodnocení dopadu Data z LCI seskupení do kategorií dopadu

52 interpretace (výklad) životního cyklu multikriteriální problém = srovnání nesrovnatelného stanovení vah (důležitosti) mezi jednotlivými kritérii citlivostní analýza transparentnost! závěry a doporučení

53 Kritéria environmentálních hodnocení Potenciál globálního oteplování (GWP) - CO 2, eq. Potenciál okyselování prostředí (AP) - SO 2,eq. Potenciál eutrofizace prostředí (EP) PO 4,eq. Potenciál ničení ozonové vrstvy (ODP) R-11 eq. Potenciál tvorby přízemního ozonu (POCP) - C 2 H 4 Spotřeba primární energie Spotřeba konstrukčních materiálů Spotřeba vody Produkce odpadů Využití půdy Biodiverzita Vliv na lidské zdraví Toxicita.

54 Kde se spaluje dřevo?

55 nástroje založené na metodice LCA liší se rozsahem, podrobností, zaměřením, hranicemi systému, Athena GEMIS GaBi 3 EcoPro SimaPro LCAiT BEES Athena GEMIS

56 Athena freeware ( poslední verze ATHENA 3.0 freeware pouze demo hodnocení dopadu staveb během celého životního cyklu hodnotící kritéria: spotřeba primárních zdrojů energie GWP emise spotřeba materiálů index znečištění vody index znečištění vzduchu

57 zadání železobetonové stěny

58

59 GEMIS Gesamt-Emissions-Modell Integrierter System freeware ( vyvinuto v Öko-Institutem v Darmstadtu spolupráce se zeměmi EU, USA, zaměření na energetiku, materiály, základem je rozsáhlá databáze materiálů a procesů zastoupení materiálů pro stavebnictví minimálně kvalitní data pro energetické vstupy do budovy

60 výrobní proces kamenné vlny

61 environmentální profil kamenné vlny

62 provozní energie x embodied energie ie [GJ/( (m 2 a)] prov vozní primární energ 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 panelové budovy BD DYGRYN staré budovy BD JECNA T06 B - VEZ T06 B - PK CHYNE T06 B - MB T06 B - BL ZS CERCANY BD DVOULETKA VVU-ETA_ W DENMARK VVU-ETA_A BD REF RD REF RD PH UBD DENMARK_s UNETICE URD RD PASSIVE BD RUBESOVA RD BABINA RD FRV - MB BD VYSEHRADSKA současné budovy nízkoenergetické budovy 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 svázaná spotřeba (embodied) energie [GJ/m 2 ] hodnoty vztaženy na 1 m 2 podlahové plochy

63 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 INB kwh.m-2.a-1 (pasivní domy) svázaná spotřeba energie GJ/m2 provoz zní spotřeba primární en nergie GJ/( (m2.a)

64 140 INB provozní emise CO2,e ekv. kg/(m2 2.a) Pasivní dřevostavba svázaná produkce emisí CO2,ekv. kg/(m2.a)

65 omezení a problémy aplikace LCA Možnosti stanovení různých předpokladů během provádění ílca( (např. ř určení č íhranic systému, výběr kategorií dopadu) předurčují subjektivní hodnocení a jejich výsledky. Aplikace LCA na budovy a obecně na výrobky s dlouhým a komplikovaným životním cyklem je problematická z hlediska rozmanitého chování výrobku v budoucnu a jeho nemožné přesné predikce. Přesnost výsledků hodnocení může být omezena dostupností odpovídajících údajů nebo jejich kvalitou. Pokud je použitý výrobek recyklován tak, že se mění jeho funkce, dochází ke spojení s dalším životním cyklem není tak zřejmé, do jaké hloubky má být recyklace zahrnuta do původního životního cyklu.

66 vývoj a zlepšování výrobků použití LCA porovnání různých výrobků - výběr toho výrobku, jehož životní cyklus poškozuje ŽP nejméně strategické plánování marketing, ovlivňování veřejného mínění eco-labeling označení ekologicky šetrných výrobků (tedy i staveb) EPD

67 příklady

68 dlouhodobý projekt MPO rok STANDARDNÍ (REFERENČNÍ) DOMY UDRŽITELNÉ DOMY

69 REFERE ENČNÍ BYTOVÝ DŮM toky primární energie a emisí CO 2 primární energie UDRŽIT TELNÝ BYTOVÝ DŮM GJ GJ operating energy emise CO embodied energy kg CO kg CO operating energy embodied energy operating emissions CO2 embodied CO2 operating emissions CO2 embodied CO2

70 příadová studie sanace bytového fondu energy [GJ/(m 2 a)] oper rating primary 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 panel buildings BD DYGRYN old buildings BD JECNA T06 B - VEZ T06 B - PK T06 B - MB T06 B - BL VVU-ETA_ W VVU-ETA_A UBD low-energy buildings URD ZS CERCANY BD DVOULETKA UNETICE BD REF RD REF present buildings RD PH RD PASSIVE BD RUBESOVA RD BABINA RD FRV - MB BD VYSEHRADSKA possible stage after refurbishment 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 embodied energy [GJ/m 2 ] values related to m 2 of the floor area

71 environmentální prohlášení o produktu (EPD) Environmental Product Declaration EPD Podrobný průkaz produktu o jeho vlivu na životní prostředí Hodnocení založeno na LCA V ČR je dosud jen pár desítek zpracovaných EPD, z toho minimum stavebních materiálů dobrovolný certifikační systém provedení EPD neznamená, že je výrobek zelený!

72

73 ref. Jednotka = 1000 kg Zdroj: EPD: Betonové tvarovky

74 LCA - stěnové konstrukce Kumulovaná spotřeba primární energie během patnácti let provozu při vytápění zemním plynem (vztaženo na 1 m 2 obvodové stěny) A1 A2 A3 zdivo z nosných keramických bloků (tl. 240 mm) zděných na VPC maltu, kontaktní zateplovací systém minerální vlna tl. 85 mm zdivo z nosných keramických bloků (tl. 240 mm) zděných na VPC maltu, kontaktní zateplovací systém minerální vlna tl. 150 mm U požadované E1 U doporučené E2 zdivo z nosných keramických bloků (tl. 240 mm) zděných na VPC maltu, kontaktní zateplovací systém minerální U< vlna 0,15 tl. W/(m 2 E3 K) 300 mm vyzdívka z nepálených cihel tl. 300 mm + tepelná izolace z dřevovláknitých desek tl. 80 mm, dvouvrstvá hliněná omítka, cementotřísková deska na dřevěném roštu vyzdívka z nepálených cihel tl. 300 mm + tepelná izolace z dřevovláknitých desek tl. 125 mm, dvouvrstvá hliněná omítka, cementotřísková deska na dřevěném roštu vyzdívka z nepálených cihel tl. 300 mm + tepelná izolace z dřevovláknitých desek tl. 220 mm, dvouvrstvá hliněná omítka, cementotřísková deska na dřevěném roštu kumulovaná spotřeba prim mární energ gie [MJ/m2] A1 A2 A kumulovaná spotřeba prim mární energ gie [MJ/m2] E1 E2 E

75 LCA - stěnové konstrukce Kumulovaná spotřeba primární energie během patnácti let provozu při vytápění peletkami (vztaženo na 1 m 2 obvodové stěny) kumulovaná spotřeba prim mární energ gie [MJ/m2] A1 A2 A spotřeba prim mární ie [MJ/m2] kumulovaná energ E1 E2 E

76 LCA - stěnové konstrukce Celková spotřeba primární energie během dvaceti let provozu při vytápění zemním plynem (vztaženo na 1 m 2 obvodové stěny) ech primární energie po 20ti let [M MJ/m2] spotřeba X A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3 svázaná spotřeba energie provozní primární energie

77 LCA třech druhů izolací

78 Kategorie dopadu LCA třech druhů izolací M.j. Kamenná vlna Lněné vlákno Papírová vlna (Celulóza) Globální oteplování (GWP) gco 2 - ekvivalentní Acidifikace (Okyselování) (AP) g SO 2 - ekvivalentní 12,3 17 5,5 Obohacení živinami * metoda CML g PO 43 - ekvivalentní 1,2 1,2 0,7 * metoda EDIP g NO 3 - ekvivalentní 12 12,6 5,5 Tvorba fotochemického ozónu g C 2 H 4 -ekvivalentní 4,6 0,5 0,2 Produkce tuhých odpadů g bezpečného odpadu Produkce nebezpečných odpadů g nebezpečného odpadu 0,5 0,4 1,7 Spotřeba energie * Fosilní paliva (včetně surovin) MJ 16,6 27,8 6,8 * Obnovitelná paliva (včetně surovin) MJ 1,1 15,3 15,3 * Elektrická energie MJ 3,1 6,6 4,1 Celková spotřeba energie MJ 20,7 49,7 26,2 Spotřeba vody g vody Zdroj: Anders Schmidt, Ph.D., FORCE Technology: Porovnání hodnocení životních cyklu tří izolačních materiálů

79 LCA třech druhů izolací Prach z vláken Tradiční kamenná vlna HT kamenná vlna Karcinogenita Vdechov ání Vstříkován í Důkazy u zvířat Plicní fibróza vlivem vdechován í Biopersistenc e Důkazy u člověka Nezhoubn é onemocně ní plic Rakovin a (IARC) Vystavení vlivu (Expozice) expoziční limit v pracovním prostředí překročen Ne Ano Ano (Ne) Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Papírová vlna (Celulózová vlákna) Netestová no Ano Ano Ano Netestováno Netestová no Ano Lněná vláknina Netestová no Netestováno Netestováno (Ano) Ano Netestová no (Ano)

80 LCA třech druhů izolací Celulóza má v zásadě nejmenší dopad jak v globálních tak i v regionálních kategoriích dopadu Kamenná vlna spotřebovává nejmenší množství energie (v případě, že se započítá i ta obnovitelná) Kamenná vlna je vyhodnocena jako materiál mající nejnižší potenciál dopadu na zdraví při práci ve srovnání s lněnou izolací a celulózou S ohledem na potenciální dopady na životní prostředí jsou kamenná vlna a celulóza vnímány jako nejvýhodnější materiály. Lněná izolace má největší dopady ze všech tří materiálů ve většině kategoriích dopadu zkoumáných v této studii. Všechny tři výrobky znamenají velký přínos pro životní prostředí z pohledu životního cyklu

81