Ctislav Fiala: Optimalizace a multikriteriální hodnocení funkční způsobilosti pozemních staveb

Transkript

1 30 4. Studie 3 HODNOCENÍ A OPTIMALIZACE VLIVU STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ Hodnocení a optimalizace pozemních staveb jako celků, stejně tak jako jednotlivých konstrukcí, konstrukčních prvků a materiálů je v dnešní době nutnou podmínkou z hlediska komplexního přístupu při návrhu a projektování konstrukcí pozemních staveb. Návrh takových konstrukcí a objektů pozemních staveb by pak měl ve své projekční fázi zahrnovat návrh materiálů, konstrukční a environmentální návrh. Dalším rozšířením jsou pak metody hodnotící celý životní cyklus staveb LCA - Life Cycle Assessment, LCC - Life Cycle Cost. Mezi nástroje hodnotící konstrukce, prvky a jednotlivé materiály z environmentálních hledisek a životních cyklů patří například GB Tool, Athena, Leed, Breeam, Bees. 4.1 BEES BEES (Building for Environmental and Economic Sustainability) je program zaměřený na multikriteriální hodnocení dílčích konstrukcí a materiálů zabudovaných ve stavbě. Vyvíjen byl v NIST (National Institute of Standards and Technology) Building and Fire Research Laboratory za podpory U.S. EPA Environmentally Preferable Purchasing Program. V programu je zahrnuto hodnocení ekonomické a hodnocení environmentálních dopadů v rámci celého životního cyklu dle standardů ISO (fáze získávání surovin, výroba / výstavba, doprava, užívání, konec životního cyklu demolice / recyklace). Pro multikriteriální vyhodnocení lze použít a) nadefinované váhy již přímo v programu (3 možnosti váhy stanovené Harvardskou univerzitou, týmem vědeckých poradců EPA, váhy přiřazující kritériím téměř stejný počet bodů Equal Weights), b) váhy nadefinované uživatelem. Navíc se na počátku váhování stanovují dle vlastního názoru váhy mezi dvěmi velkými skupinami kritérií, mezi již zmíněnými kritérii environmentálními a ekonomickými, viz. obr. 14. V databázi verze BEES 3.0c je zahrnuto přibližně 200 stavebních konstrukcí a materiálů. Z definovaných konstrukcí jsou v databázi programu např. následující konstrukce: sloupy, suterénní stěny, nosníky, příčky, střešní krytiny, úpravy povrchů, teplená izolace stěn apod. Po vybrání konstrukce nebo prvku lze ještě zvolit následně hodnocenou materiálovou základnu. Obr. 19) Stanovení vah mezi kritérii vlevo výběr z přednastavených, vpravo možnost nastavení vlastních vah

2 31 Jak již bylo výše uvedeno, model BEES 3.0c hodnotí konstrukce a materiály ve dvou základních velkých skupinách kritérií environmentálních a ekonomických, jejich struktura a jednotlivá hodnotící kritéria jsou uvedena na obr. 20, tak jak to uvádí autoři programu na internetových stránkách Obr. 20) Struktura programu BEES 3.0c Jak je z obr. 20 zřejmé environmentální kritéria např. zahrnují potenciál globálního oteplení ekvivalentní množství emisí CO 2, CF 4, CH 4, N 2 O, ; potenciál okyselování prostředí ekvivalentní množství iontů vodíku - NH 3, HCl, HF, H 2 S, SO 2, SO x, ; eutrofizaci prostředí ekvitalentní množství dusíku - NH 3, NO x, P, N 2 O, NO 2, ; čerpání fosilních paliv; kvalitu vnitřního prostředí; využití půdy; spotřeba vody; znečištění vzduchu - pevné a tekuté částice (NO x, PM10, ); ekologickou toxicitu; lidské zdraví index zdraví - ekvivalentní množství toluenu; potenciál poškozování ozónové vrstvy; potenciál tvorby smogu - index smogu ekvivalentní množství oxidů dusíku. V ekonomických kritériích jsou zahrnuty pořizovací a provozní náklady. 4.2 Hodnocení vybrané konstrukce Pro hodnocení byl vybrán (viz. obr. 21) vodorovný konstrukční prvek - nosník, který byl hodnocen uživatelsky definovanými váhami, poměr vah hlavních skupin kritérií environmentálních a ekonomických byl 55% ku 45%. Pro vybraný konstrukční prvek bylo zvoleno 6 variant materiálů (druhů cementů), který byly následně programem BEES 3.0c vyhodnoceny z hlediska zvolených kritérií. Výsledky hodnocení jsou prezentovány v grafech Graf. 14 až Graf. 19 (str. 32 až 34). Obr. 21) Výběr hodnocené konstrukce

3 32 Graf. 14) Souhrnné vyhodnocení materiálů dle hlavních skupin kritérií Graf. 15) Vyhodnocení materiálů z hlediska vlivu na životní prostředí

4 33 Graf. 16) Hodnocení potenciálu globálního oteplování vybraných materiálů (dle dílčích etap životního cyklu) Graf. 17) Hodnocení potenciálu glob. oteplování vybraných materiálů (dle jedn. škodlivin podílejících se na GWP)

5 34 Graf. 18) Hodnocení vlivu na životní prostředí vybraných materiálů (dle dílčích etap životního cyklu) Graf. 19) Hodnocení spotřeby vody vybraných materiálů (dle dílčích etap životního cyklu)

6 35 Pro hodnocení nosníku bylo vybráno 6 druhů cementů: obecný 100% Portlandský cement 5KSI, obecný cement s 15% příměsí popílku (křemičitý úlet) 5KSI, obecný cement s 20% příměsí popílku (křemičitý úlet) 5KSI, obecný 20% struskový cement 5KSI, obecný 35% struskový cement 5KSI, obecný 50% struskový cement 5KSI. Jednotlivé konstrukční prvky s použitím výše uvedených cementů byly hodnoceny podle jednotlivých kritérií viz. struktura na obr. 20 (str. 31). Z grafů je patrno, že výhodnější jsou prvky z betonu s obsahem popílku a strusky oproti klasickému portlandskému cementu. Čím je potom v cementu strusky více (20, 35 a 50%), stává se hodnocení prvku s tímto cementem příznivějším, tedy konstrukční prvek s takovýmto cementem je šetrnější k životnímu prostředí. 4.3 Závěr BEES patří mezi nástroje schopné vyhodnocovat materiály a jednoduché prvky podle kritérií environmentálních a ekonomických z hlediska celého životního cyklu. Jedná se o multikriteriální optimalizaci založenou na metodě funkce užitku (utility function), tedy na metodách váhování, což vede vždy k problému stanovení vah. Větší nevýhodou tohoto nástroje ovšem je, že není možné hodnotit složitější konstrukční prvky a konstrukční celky. 5. LITERATURA [1] ČSN P ENV : Navrhování betonových konstrukcí: Část 1.1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, Český normalizační institut, Praha 1994 [2] Procházka, J. a kol.; Betonové konstrukce, Příklady navrhování podle EUROCODE 2, PROCON 2000 [3] Klvaňa, J.; Modelování 10 (Operační výzkum 1), Skripta ČVUT FSv, Praha 1999 [4] Frontline Systems, Inc.;