Uhlíková (CO2) stopa staveb se zvláštním zřetelem k jejich realizaci

Transkript

1 Uhlíková (CO2) stopa staveb se zvláštním zřetelem k jejich realizaci rekonstrukce vs. novostavba Inovativní produkt v rámci projektu Příprava zaměstnanců pro vybudování a řízení Výzkumně vývojového centra (VVC) environmentálně vyspělých staveb Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Ing. arch. Alexandr Verner 02 /

2 Summary: For buildings with the need for renovations is often consider whether it is preferable to demolition and complete new building, or whether it still pays to renovate the building. In the case of new construction, then there several possible solutions. When decisions are usually reflects mainly economic analysis, or utility value of buildings and the difficulty of the variants. However, the situation can be assessed even from one point of view - the carbon footprint of each solution. Article aims to expand view criteria for choosing between renovation proposal construction and its demolition and subsequent new building or modus operandi new buildings. Parameter under consideration the CO2 emissions arising from production of raw materials used. The data presented here are based on actual project process from our studio colleagues and catalog the environmental profiles of construction materials and structures, which is freely accessible on the website and who originated the project, SGS ČVUT 2010th. Keywords: Carbon footprint, reconstruction, new building, materials and structures 2

3 Obsah : 1. Summary 2. Úvod 3. Popis objektu 4. Posouzení stávajícího stavu 5. Posouzení rekonstrukce 6. Posouzení tradiční novostavby 7. Posouzení novostavby s upřednostněním železobetonu 8. Posouzení dřevostavby 9. Porovnání jednotlivých variant 10. Bibliografie 3

4 Úvod: U staveb s potřebou renovace se často zvažuje, zda je vhodnější demolice a kompletní novostavba, nebo zda se ještě vyplatí budovy renovovat. V případě nové stavby pak existuje několik možností řešení. Při rozhodování se většinou zohledňuje především ekonomická analýza, případně užitná hodnota stavby a obtížnost dané varianty. Situaci lze však posuzovat ještě z jednoho hlediska uhlíkové stopy jednotlivých řešení. Článek si klade za cíl rozšířit pohled na kritéria volby mezi návrhem renovace stavby a její demolicí a následnou novostavbou, respektive způsobem provedení novostavby. Posuzovaným parametrem byly emise CO2, jež vznikají při výrobě použitých surovin a materiálů. Údaje, které jsou zde uvedeny, vyplývají ze skutečného projektu, který zpracovávají kolegové z našeho ateliéru a katalogu environmentálních profilů stavebních materiálů a konstrukcí, který je volně přístupný na internetových stránkách a který vznikl v rámci projektu SGS ČVUT

5 Popis objektu: Posuzovaný objekt je menší bytový dům postavený v 60 - tých letech v Ostravě - Porubě. Objekt je součástí obytného územního celku a je jedním z několika stejných objektů, které s ním sousedí. Objekt je v současné době v havarijním stavu bez zásadních statických poruch. Jedná se o dvoupodlažní, nepodsklepený objekt obdélného půdorysu 23 x 11,5m, zastřešený sedlovou střechou s vázaným krovem. V každém podlaží se nacházejí čtyři bytové jednotky velikosti 2kk s průchozím pokojem. Obvodové zdivo je zděné z keramických pálených tvárnic. Stropy a schodiště jsou železobetonové. Příčky jsou zděné z plných cihel. Základy tvoří pasy a deska z prostého betonu. Objekt je nezateplený. Okna jsou dřevěná zdvojená. Obr. 1: Fotografie řešeného objektu Objem objektu = 2075 m3 Plocha fasád vč. otvorů = 408 m2 Plocha střechy = 325 m2 Z důvodu nevyhovujícího dispoziční řešení bytových jednotek, které mají průchozí pokoje a z důvodu nevyhovující orientace ke světovým stranám byly navrženy změny uspořádání bytových jednotek a jejich úplná dispoziční změna. Z hlediska posuzovaných variant to znamená, že součástí varianty rekonstrukce objektu bude, kromě úplně nových vnitřních příček a skladeb podlah i nezbytný zásah do vnitřních nosných zdí a stropních konstrukcí. Dalším nevyhovujícím faktorem návrhu je chybějící výtah, který bude zajišťovat bezbariérové užívání celého objektu a v rámci něhož dojde k realizaci nové výtahové šachty v zrcadle schodiště. Do výpočtů posuzovaných variant je dále zahrnuto komplexní zateplení objektu, výměna oken a nové provedení krovu. Vnitřní dokončovací práce, povrchové úpravy a nové rozvody TZB výpočty nezahrnují, protože můžeme předpokládat, že budou pro všechny zpracované varianty stejné. Z hlediska posouzených variant je však důležité zachování stávajícího objemu a tvaru objektu, aby byly výsledky snadněji porovnatelné. Tato skutečnost, je ale oproti reálnému projektu v této prezentaci upravena. Obr. 2: Vizualizace navrhovaného řešení 5

6 Posouzení stávajícího stavu: Jak již bylo uvedeno výše v popisu stávajícího stavu objektu. Mezi základní materiálové charakteristiky objektu patří zděný obvodový plášť, který je nezateplený. Stropní konstrukce a schodišťová ramena jsou železobetonová monolitická, základy jsou betonové plošné s pasy cca 1,6 x 1,6 m. Krov je dřevěný, příčky jsou zděné. Vnitřní i vnější povrchy jsou omítané VPC omítkami, okna jsou dřevěná zdvojená. Emise CO2, které jsou zde uvedeny, nejsou započítány do výsledků emisí CO2 u jednotlivých variant novostaveb. Naopak k těmto variantám je nutné připočítat emise z dopravy demoličního materiálu, které uvažuji na hodnotě asi 10t dle výpočtu uvedeného dále. Obr. 3: Graf celkových emisí (CO2 v kg) dle jednotlivých stavebních etap Obr. 4: Detail řešení styku obvodové stěny a stropní konstrukce Největší podíl na emisích CO2 stávajícího objektu mají nosné vodorovné konstrukce. Nosné vodorovné konstrukce přitom nemají prvenství ani v kubatuře objektu, ani v podílu na celkové hmotnosti objektu. Vodorovné nosné konstrukce však na rozdíl od svislých konstrukcí, které jsou zděné z lehčených tvárnic a základů, které jsou z prostého betonu, jsou železobetonové Ocel a obecně kovové materiály mají několikanásobně vyšší uhlíkovou stopu z důvodu objemové hmotnosti. Podíl konstrukcí na uhlíkové stopě nelze odvodit ani objemem konstrukce, ani objemovou hmotností nicméně lze předpokládat, že čím má materiál větší hmotnost při jednotném rozměru, bude i jeho uhlíková stopa větší, což si doložíme v dalších variantách. Například konstrukce zastřešení (dřevěný krov) má minimální podíl jak na objemu a hmotnosti objektu tak také na jeho uhlíkové stopě. V případě, že namísto krovu, bude objekt nad 2.np zastřešen plochou, nejhůře železobetonovou, střechou, lze odvodit, že dojde bez jakéhokoliv užitku k výraznému zvýšení uhlíkové stopy stavby. 6

7 Posouzení rekonstrukce: Snížení celkových emisí je dáno objemem stavebních prací, které činní 62 %. Například základy jsou řešeny jen pod novou nosnou stěnou vč. části desky. Obvodový plášť je řešen pouze změnou otvorů a celkovým zateplením. Stropy pouze zahrnují výměny z důvodu nosných stěn atd., nicméně nám tento graf určuje poměrový základ k navrženým variantám jako objem nezbytně provedených prací, jejichž výsledkem bude nově fungující objekt. Nárůst podílu vnitřních omítek je dán potřebou jejich kompletního provedení. Taktéž došlo k nárůstu emisí v případě výplní otvorů, zde se nejvíce projevuje použití plastových rámů a vzácného plynu, v tomto případě argonu, nicméně z hlediska celkových emisí se jedná o malou položku. Co z grafu není vidět, ale je také zajímavým výsledkem je, že celkové zateplení se na výsledcích emisí CO2 podílí z necelých 19%, což je vzhledem k menšímu objemu konstrukcí malý podíl, jak uvidíme u dalších variant Obr. 5: Graf celkových emisí (CO2 v kg) dle jednotlivých stavebních etap Obr. 6: Detail řešení styku obvodové stěny a stropní konstrukce Posouzení tradiční novostavby: Oproti stávajícímu objektu došlo u tradičně provedené novostavby k nárůstu uhlíkové stopy, což je dáno tím že, založení objektu je ze železobetonu. U stávajícího objektu se jedná o beton prostý, nicméně myslím, že můžeme považovat za překvapivé to, k jak velkému nárůstu emisí zde došlo v porovnání s ostatními konstrukcemi a vzhledem k charakteru konstrukce se nabízí otázka, zda tradiční způsob zakládání je efektní. Jak jsem již uvedl u varianty rekonstrukce, ani zde se zateplení objektu na celkových emisích objektu výrazně neprojevilo. Zde se jedná o 12% 7

8 Obr. 7: Graf celkových emisí (CO2 v kg) dle jednotlivých stavebních etap Obr. 8: Detail řešení styku obvodové stěny a stropní konstrukce Posouzení novostavby s upřednostněním železobetonu: V celkovém obrazu se jedná o podobné výsledky s tradičně pojatou novostavbou. Důležité zastoupení mají veškeré železobetonové konstrukce, tzn. základy, nosné stěny a stropy. Obr. 9: Graf celkových emisí (CO2 v kg) dle jednotlivých stavebních etap Obr. 10: Detail řešení styku obvodové stěny a stropní konstrukce Nicméně vzhledem k tomu, že oproti zděným stěnám zde z důvodů statiky vystačíme s menší 8

9 tloušťkou konstrukcí, dostáváme podobné výsledky. Druhým aspektem podobných výsledků je, že ani zde se tepelné izolace výrazně na celkových emisích neprojevují. Zatímco jsme v této variantě zvýšili tloušťku zateplení fasád ze 14 na 30 cm kontaktního zateplení na celkových emisích CO2 se zde zateplení projevuje pouze 15%-ty. Posouzení dřevostavby: Zastoupení jednotlivých konstrukcí se změnilo zejména úbytkem emisí u základů a nosných stěn a stropů, které jsou tvořeny dřevěnými nosníky a sloupky se záklopem z OSB desek. Stěny jsou plněny minerální izolací a stropy z důvodů akustiky násypy. Obr. 11: Graf celkových emisí (CO2 v kg) dle jednotlivých stavebních etap Obr. 12: Detail řešení styku obvodové stěny a stropní konstrukce K velkému úbytku množství emisí došlo u základů, které jsou i nadále železobetonové, ale oproti ostatním variantám se jedná pouze o základové patky bez desky na terénu. Ta je zde nahrazena klasickou stropní konstrukcí cca 0,5m nad terénem. Taková konstrukce základů je také umožněna nejnižší celkovou hmotností objektu. Co je také zajímavé je, že naopak nedošlo ke snížení emisí u vnitřních příček a skladeb podlah. Ty zůstávají na podobných hodnotách jako u ostatních variant, kde se jedná o zděné příčky a betonové mazaniny. V této variantě jsou navrženy příčky sádrokartonové, hrubé podlahy jsou z OSB desek, avšak zde jsou dále doplněny zavěšenými sádrokartonovými podhledy. K mírnému nárůstu emisí došlo u výplní otvorů, protože jsou v této variantě započítány okna s izolačními trojskly, rámy jsou zde dřevěné, výplň opět argonem. 9

10 Porovnání jednotlivých variant: Porovnání celkové hmotnosti konstrukcí jednotlivých variant asi není třeba komentovat. Za povšimnutí stojí pouze již zmíněná podobnost výsledků u zděných varianta a varianty železobetonové, která je dána menší tloušťkou svislých konstrukcí. Výsledky objemů konstrukcí jednotlivých variant asi také nepřekvapí. V případě varianty rekonstrukce se jedná o údaj, který slouží hlavně porovnání objemu navržených prací. U novostaveb je nárůst objemu dán zateplením objektu a konečně varianta dřevostavby zahrnuje pouze materiály bez vzduchových dutin, a proto vychází z novostaveb s nejmenší hodnotou. Obr. 13: Graf celkových emisí (CO2 v kg) dle jednotlivých stavebních etap a uvedených variant Z hlediska objemu konstrukcí zahrnuje varianta rekonstrukce 62 % objemu stávajících konstrukcí objektu, z hlediska hmotnosti se jedná o 32% Z hlediska emisí CO2 se jedná o 55% bez zápočtu dopravy demoličního materiálu. Nicméně v případě objemu je u rekonstrukce výrazně zastoupeno zateplení objektu. Varianta tradiční zděné stavby a železobetonového objektu je ve výsledcích podobná, což lze považovat za zajímavý výsledek, protože železobetonové konstrukce jsou obecně považovány za nákladné. Emise CO2 u této varianty dřevostavby jsou nejenom nejnižší, ale také jsou jedinou variantou, kdy emise CO2 jsou nižší než u varianty rekonstrukce, která pochopitelně vychází jen z částečných kubatur materiálů. Emise CO2 materiálů stávajícího objektu jak se již zmiňuji výše, jsem do výsledků variant novostaveb nezahrnoval. Nicméně jistě je k těmto výsledkům nutné připočítat emise, které vzniknou dopravou demoličního materiálu na skládku suti. Tu uvažuji ve vzdálenosti do 50 ti km. Nákladní vozidlo např. Tatra při maximálním nákladu 16,5t bude muset cestu absolvovat minimálně 90-krát což při uvažované spotřebě 45l/100km činní emise okolo 11t CO2, které je 10

11 nutno k uvedeným výsledkům připočítat. Závěrem nutno připomenout, že tato prezentace si kladla za cíl rozšířit úhel pohledu na kritéria rozhodování při volbě mezi rekonstrukcí a novostavbou, a pokud novostavbou tak jakou. Je samozřejmé, že výsledky nelze chápat jako obecně platné, protože vyplývají z jednoho konkrétního případu. Nicméně si myslím, že ukázali zajímavé skutečnosti, které si běžně neuvědomujeme, a které by bylo vhodné potvrdit nebo vyvrátit na dalších projektech. 11

12 Bibliografie: Projekt Nová osada Ostrava: MS architektura a design s.r.o. info@envimat.cz Další zdroje envimat: Ecoinvent Swiss Centre for Life Cycle Inventories (Švýcarské centrum pro inventarizaci životních cyklů) světově vůdčí databáze s konzistentním, transparentním a aktualizovaným souborem dat životních cyklů EPD - environmentální prohlášení o výrobku - soubor měřitelných informací o vlivu na životní prostředí v průběhu celého životního IBO Baustoffdatenbank IBO (Rakouský institut pro zdravé a ekologické budovy) databáze svázaných emisí CO2 a SO2, svázané spotřeby primární energie obnovitelné a neobnovitelné, produkce fotooxidantů, eutrofizace. ICE databáze Katedra mechanického inženýrství, Univerzita v Bath udává svázané energie a svázané emise CO2 velkého množství stavebních materiálů. Documentation SIA D 123 SIA (Švýcarské sdružení inženýrů a architektů) - data svázaných emisí CO2 a SO2, svázané spotřeby primární energie obnovitelné a neobnovitelné atd. INIES Francouzská databáze EPD francouzských stavebních materiálů a výrobků. Ökobau.dat - Obsáhlá německá databáze obsahující environmentální parametry stavebních materiálů, čerpající mimo jiné z databáze EPD německého institutu Bauen und Umwelt. 12