Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích ENS Nízkoenergetické a pasivní stavby Přednáška č. 1 Přednášky: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Cvičení: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Garant: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Katedra stavebnictví
Úvod Ing. Michal Kraus, Ph.D. VŠTE v Českých Budějovicích Katedra stavebnictví e-mail: info@krausmichal.cz (krausm@mail.vstecb.cz) www: www.krausmichal.cz/vyuka/ens Telefon: 387 842 143 Kancelář: D206/L Konzultační hodiny: - Přes e mail kdykoliv - Každý liché úterý až čtvrtek (6.10., 20.10., 3.11., 17.11., 1.12. a 15.12.) - Vždy po předchozí domluvě (e-mail) 2
Osnova přednášek 1. 6. 10. OBSAH, POŽADAVKY, ÚVOD. LEGISLATIVA (EU i ČR) 2. 6. 10. ENERGETICKÁ BILANCE A KATEGORIE BUDOV 3. 20. 10. KONCEPCE NAVRHOVÁNÍ NÍZKOENERGETICKÝCH A PASIVNÍCH BUDOV 4. 20. 10. POŽADAVKY NA TEPELNOU OCHRANU BUDOV, STAVEBNÍ ŘEŠENÍ 5. 3. 11. CELKOVÉ STAVEBNÍ ŘEŠENÍ 6. 3. 11. STAVEBNÍ ŘEŠENÍ OBVODOVÝCH KONSTRUKCÍ A VÝPLNĚ OTVORŮ 7. 17. 11. 8. 17. 11. STÁTNÍ SVÁTEK - VOLNO 9. 1. 12. VZDUCHOTĚSNOST OBVODOVÝCH KONSTRUKCÍ 10. 1. 12. TECHNICKÉ SOUSTAVY V ENERGETICKY EFEKTIVNÍCH BUDOVÁCH I 11. 15. 12. TECHNICKÉ SOUSTAVY V ENERGETICKY EFEKTIVNÍCH BUDOVÁCH II 12. 15. 12. ZÁVĚREČNÉ SHRNUTÍ A TRENDY VÝVOJE DO BUDOUCNA * Případné změny vyhrazeny s ohledem na průběh semestru 3
Povinná literatura Evropská Unie. Směrnice Evropského parlamentu a rady 2010/31/EU ze dne 19. května 2010 o energetické náročnosti budov. In Úřední věstník Evropské Unie. 2010, 153, 2002/31/EU. Česká republika. Zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií ve znění pozdějších předpisů. In: Sbírka zákonů. 2000 Česká republika. Vyhláška č. 78/2013 ze dne 22. března 2013 o energetické náročnosti budov. In: Sbírka zákonů. 2013, č. 78, 36. ČSN 73 0540-2, Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, Praha, 2011, p. 1-56. TYWONIAK, Jan. Nízkoenergetické domy : principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 2005. 193 s. Stavitel. ISBN 80-247-1101-X. TYWONIAK, Jan. Nízkoenergetické domy 2 : principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 2008. 193 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2061-6. TYWONIAK, Jan. Nízkoenergetické domy 3 : nulové, pasivní a další. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 2012. 195 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-3832-1. 4
Povinná literatura 5
Doporučená literatura BÁRTA, Jan a Juraj HAZUCHA. Pasivní domy. 2007. vyd. Brno: Centrum pasivního domu, 2013. ISBN 978-80-254-0126-2. PETRTYL, Zdeněk a Roman ŠUBRT. Moderní okna. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, s.r.o., 2012. 136 s. ISBN 978-80-247-4286-1 SMOLA, Josef. Stavba a užívání nízkoenergetických a pasivních domů. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 2011. 352 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2995-4. ŠUBRT, Roman, Martin ŠKOPEK, Pavlína CHARVÁTOVÁ, Jan KURC, Bjorn KIERULF, Juraj HAZUCHA, Jiří ČECH, Aleš BROTÁNEK a Rostislav KUBÍČEK. Tepelné mosty : pro nízkoenergetické a pasivní domy. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 2011. 222 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-4059-1. ŠUBRT, Roman, Pavlína ZVÁNOVCOVÁ a Martin ŠKOPEK. Katalog tepelných mostů. České Budějovice: Energy Consulting, 2008. 232 s. ISBN 978-80- 254-2715-6. NOVÁK, Jiří. Vzduchotěsnost obvodových plášťů budov. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 2008. 203 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-1953-5 6
Předpoklady a požadavky Cílem předmětu je získat poznatky o nízkoenergetických a pasivních budovách, zvládnout základy jejich koncepčního návrhu a zásady jejich energetického a environmentálního hodnocení. Předmět seznámí studenty s materiály, stavebními konstrukcemi a systémy technického zařízení budov pro nízkoenergetické a pasivní budovy Předpoklady (prekvizity) - zvládnutí předmětu Stavební fyzika a Technická zařízení budov Hodnocení cvičení (0 30 bodů) - semestrální projekt (20 bodů), obhajoba (5 bodů), dílčí úkoly (5 bodů) - semestrální projekt nutno odevzdat v posledním týdnu výuky Písemná zkouška (0-70 bodů) - písemná zkouška z celé obsahové náplně předmětu (přednášky) Hodnocení A (100-90), B (89,99-84), C (83,99-77), D (76,99 73) E (72,99-70), FX (69,99-30), F (29,99-0) 7
Terminologie základních pojmů Budovou se rozumí zastřešená stavba se stěnami, v níž se používá energie k úpravě vnitřního prostředí. Budovou s téměř nulovou spotřebou energie je budova, jejíž energetická náročnost je velmi nízká. Téměř nulová či nízká spotřeba požadované energie by měla být ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů, včetně energie z obnovitelných zdrojů vyráběné v místě či jeho okolí. Technickým systémem budovy je technické zařízení určené k vytápění, chlazení, větrání, pro teplou vodu či k osvětlení budovy nebo ucelené části budovy nebo pro kombinaci těchto účelů. Energetickou náročností budovy se rozumí vypočítané nebo změřené množství energie nutné pro pokrytí potřeby energie spojené s typickým užíváním budovy, což mimo jiné zahrnuje energii používanou pro vytápění, chlazení, větrání, teplou vodu a osvětlení. 8
Terminologie základních pojmů Primární energií se rozumí energie z obnovitelných a neobnovitelných zdrojů, která neprošla žádným procesem přeměny nebo transformace. Energie z obnovitelných zdrojů je energie z obnovitelných nefosilních zdrojů, totiž energie větrná, solární, aerotermální, geotermální, hydrotermální a energie z oceánů, vodní energie, energie z biomasy, ze skládkového plynu, z kalového plynu z čistíren odpadních vod a z bioplynů. Obvodovým pláštěm budovy se rozumí integrované prvky budovy, které oddělují její interiér od vnějšího prostředí. Ucelenou částí budovy je oddíl, podlaží nebo byt v rámci budovy, jež jsou určeny k samostatnému používání nebo byly za tímto účelem upraveny. 9
Terminologie základních pojmů Větší renovace se rozumí renovace budovy, přičemž: celkové náklady na renovaci obvodového pláště budovy nebo technických systémů budovy jsou vyšší než 25 % hodnoty budovy bez hodnoty pozemku, na němž budova stojí, nebo renovace probíhá u více než 25 % plochy obvodového pláště budovy. Nákladově optimální úrovní se rozumí úroveň energetické náročnosti, která vede k nejnižším nákladům v průběhu odhadovaného ekonomického životního cyklu, přičemž: nejnižší náklady se určují s ohledem na investiční náklady v oblasti energií, náklady na údržbu a provoz a případně náklady na likvidaci a odhadovaný ekonomický životní cyklus určují jednotlivé členské státy. Označuje zbývající odhadovaný ekonomický životní cyklus budov, kdy jsou požadavky na energetickou náročnost stanoveny pro budovu jako celek, nebo odhadovaný životní cyklus prvku budovy, kdy jsou požadavky na energetickou náročnost stanoveny pro prvky budovy. 10
Požadavky na snižování energetické náročnosti Základním dokumentem je Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU o energetické náročnosti budov, tzv. European Performance of Building Directive II (EPBD II Recast) z května 2010. Upravuje a nahrazuje v plném znění směrnici 2002/91/ES o energetické náročnosti budov z roku 2002 (EPBD) Stavební sektor se stále rozrůstá, což má za následek neustálý růst spotřeby energie. V současné době podíl budov na celkové spotřebě energie v zemích EU činí 40 %. Snížení energie a využívání energie z obnovitelných zdrojů v sektoru budov představuje možnosti vedoucí ke snížení energetické závislosti zemí EU a emisí skleníkových plynů. Státy mají povinnost přijmout opatření s cílem dosáhnout rozsáhlých a dosud nevyužitých možností úspor energie v sektoru budov. 11
Požadavky na snižování energetické náročnosti Doprava 32% Budovy 40% Průmysl 28% Rozložení spotřeby energie v EU 12
Požadavky na snižování energetické náročnosti Přijatá opatření nesmí být v rozporu s jinými požadavky týkající se budov požadavky na přístupnost, bezpečnost, využití budovy. Minimální požadavky na energetickou náročnost se pravidelně přezkoumávají nejméně jednou za pět let a v případě potřeby se aktualizují, aby odrážely technický pokrok v sektoru budov. Členské státy použijí metodu výpočtu energetické náročnosti podle společného obecného rámce. Energetická náročnost se určuje na základě vypočteného skutečného množství energie spotřebované za rok za účelem splnění různých potřeb spojených s jejím typickým užíváním a odráží potřebu energie na vytápění a chlazení k udržení předpokládaných teplotních podmínek budovy a potřebu teplé vody v domácnostech. 13
Obecný rámec pro výpočet Metoda výpočtu musí být stanovena s ohledem na alespoň tato hlediska: a) následující skutečné tepelné vlastnosti budovy včetně jejích vnitřních příček: tepelná kapacita, izolace, pasivní vytápění, prvky chlazení, tepelné mosty, b) zařízení pro vytápění a zásobování teplou vodou, včetně jejich izolačních vlastností, c) klimatizační zařízení, d) přirozené a nucené větrání, které může zahrnovat průvzdušnost, e) zabudované zařízení pro osvětlení (zejména v nebytovém sektoru), f) konstrukci, umístění a orientaci budov, včetně vnějšího klimatu, g) pasivní solární systémy a protisluneční ochranu, h) vnitřní mikroklimatické podmínky, včetně návrhových hodnot vnitřního prostředí, i) vnitřní spotřebu energie. 14
Obecný rámec pro výpočet Při výpočtu se má v případě potřeby brát v úvahu příznivý vliv těchto hledisek: a) místní podmínky slunečního osvitu, aktivní solární systémy a jiné otopné soustavy a elektrické systémy využívající energii z obnovitelných zdrojů, b) elektřina vyráběná formou kombinované výrobny tepla a elektřiny, c) ústřední nebo blokové otopné a chladící soustavy, d) denní osvětlení. 15
Obecný rámec pro výpočet Pro účely výpočtu by budovy měly být vhodně rozděleny do následujících kategorií: a) rodinné domy různých typů, b) bytové domy, c) administrativní budovy, d) budovy pro vzdělání, e) nemocnice, f) hotely a restaurace, g) sportovní zařízení, h) budovy pro velkoobchod a maloobchod, i) jiné druhy budov spotřebovávajících energii. 16
Cíle snižování energetické náročnosti dle EPBD II Základním požadavkem směrnice EPBD II je požadavek aby členské státy zajistily, že do 31. prosince 2020 všechny nové budovy byly budovami s téměř nulovou spotřebou energie a po dni 31. prosince 2018 nové budovy užívané a vlastněné orgány veřejné moci byly budovami s téměř nulovou spotřebou energie. Přijatá opatření musí být v souladu s nákladově optimální úrovní. 17
Nákladově optimální úroveň Optimální rovnováha mezi investicemi a náklady na energie uspořenými během životního cyklu budovy. Pro odvození křivky nákladového optima uvažujeme celý životní cyklus budovy, od počáteční investice při výstavbě až po její případnou demolici Dvě vstupní soubory dat: Investiční finanční náročnost Provozní finanční náročností Provozní náročnost zahrnuje veškeré náklady spojené s dodávkou energie pro technické systémy vytápění, chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody a osvětlení. Odvození optimální nákladové úrovně vychází ze sestrojení křivky nákladového optima Nákladově optimální minimum je dáno průnikem křivek 18
Nákladově optimální úroveň Ilustrační vyjádření křivky nákladového optima 19
EPBD II Členské státy stanoví nezbytná opatření za účelem zavedení systému certifikace energetické náročnosti budov. Certifikát energetické náročnosti musí obsahovat energetickou náročnost budovy a referenční hodnoty, jako jsou minimální požadavky na energetickou náročnost, a umožňovat tak vlastníkům nebo nájemcům budovy porovnání a posouzení její energetické náročnosti. Referenční budovou se rozumí výpočtově definovaná budova téhož druhu, stejného geometrického tvaru a velikosti včetně prosklených ploch a částí, stejné orientace ke světovým stranám, stínění okolní zá stavbou a přírodními překážkami, stejného vnitřního uspořádání a se stejným typickým užíváním a stejnými uvažovanými klimatickými údaji jako hodnocená budova, avšak s referenčními hodnotami vlastností budovy, jejích konstrukcí a technických systémů budovy. 20
Implementace EPBD II a souvislosti EPBD II vyvolala nutnost změny národních předpisů: Zákon o hospodaření energií (406/2000 Sb.) Zákon č. 103/2015 Sb., kterým se mění zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů, a zákon č. 634/2004 Sb., o správních poplatcích, ve znění pozdějších předpisů (novela platný od 1. 7. 2015) Vyhláška č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov ČSN 73 0540-2(2011), Tepelná ochrana budov Část 2: Požadavky 21
Implementace EPBD II a souvislosti Zákon o hospodaření energií (406/2000 Sb.) Splnění požadavků na energetickou náročnost budovy na nákladově optimální úrovni od 1. ledna 2013. Splnění požadavků na energetickou náročnost budovy s téměř nulovou spotřebou energie, a to v případě budovy, jejímž vlastníkem a uživatelem bude orgán veřejné moci a jejíž celková energeticky vztažná plocha bude: 1. větší než 1 500 m 2, a to od 1. ledna 2016, 2. větší než 350 m 2, a to od 1. ledna 2017, 3. menší než 350 m 2, a to od 1. ledna 2018, 22
Implementace EPBD II a souvislosti Zákon o hospodaření energií (406/2000 Sb.) Splnění požadavků na energetickou náročnost budovy s téměř nulovou spotřebou energie, a to v případě budovy s celkovou energeticky vztažnou plochou větší než 1500 m 2 od 1. ledna 2018, v případě budovy s celkovou energeticky vztažnou plochou větší než 350 m 2 od 1. ledna 2019 a v případě budovy s celkovou energeticky vztažnou plochou menší než 350 m 2 od 1. ledna 2020. 23
Trvale udržitelný rozvoj... rozvoj, který uspokojuje potřeby současnosti bez toho, aby omezoval možnosti budoucích generací uspokojit jejich potřeby. Dle 6 Zákona o životním prostředí č. 17/1992 Sb.: Trvale udržitelný rozvoj společnosti je takový rozvoj, který současným i budoucím generacím zachovává možnost uspokojovat jejich základní životní potřeby a přitom nesnižuje rozmanitost přírody a zachovává přirozené funkce ekosystémů. 24
Koncept trvale udržitelného rozvoje Hlavní důvody vzniku jsou globální environmentální problémy: Klimatické změny vyvolané kyselými dešti Narušení ozonové vrstvy Desertifikace způsobená globálním oteplováním Nadměrná spotřeba způsobující vyčerpání přírodních zdrojů (deštné pralesy, fosilní paliva, zásoby ryb) a snižování biodiverzity, tj. rozmanitosti rostlinných živočišných a rostlinných druhů Hledání nových řešení, které pomohou lidstvu přežít: Prostřednictvím úspory energie Environmentálními způsoby polnohospodářství a lesnictví Orientací na způsoby využití obnovitelných přírodních zdrojů a jejich využívání v takové míře, která nezpůsobí jejich úplné vyčerpání Hledání způsobů jak se vyvarovat ekologickým katastrofám 25
Dokument Agenda 21 pro udržitelnou výstavbu Agenda 21 pro udržitelnou výstavbu byla vydána mezinárodní organizací CIB v roce 1999 jako reflexe na obecnou Agendu 21. Základní dokument v sektoru stavebnictví, který rozšiřuje závěry Agendy 21 a definuje základní cíle a úkoly pro stavebnictví. Dosažení úkolů a cílů se týká všech složek stavebního průmyslu a využívání jeho produktů (staveb). Agenda 21 pro udržitelnou výstavbu představuje koncepci trvale udržitelného rozvoje a udržitelné výstavby v kontextu sektoru stavebnictví. Hlavní otázky a úkoly jsou popsány na úrovni současné kvality vnitřního prostředí, vlivu města, spotřeby zdrojů, produkce výrobků, zátěže životního prostřední a sociálních a ekonomických aspektů. 26
Dokument Agenda 21 pro udržitelnou výstavbu Země s vyspělou ekonomikou věnují pozornost budování udržitelnějšího stavebního fondu formou modernizace, zavádění technických novinek a využíváním nových technologií. Země s rozvíjející se ekonomikou věnují pozornost sociální spravedlnosti a ekonomické udržitelnosti. Agenda 21 pro udržitelnou výstavbu má 3 hlavní cíle: Vytvoření globálního rámce a terminologie pro zkvalitnění všech národních a regionálních programů. Vytvoření agendy (programu) pro činnost CIB v dané oblasti a pro koordinaci práce CIB se specializovanými partnerskými organizacemi. Poskytnutí výchozího materiálu pro definici výzkumných a vývojových aktivit. 27
Základní principy udržitelného rozvoje Propojení základních oblastí života: ekonomické, sociální a životní prostředí, přičemž řešení zohledňující pouze jednu nebo dvě z nich není efektivní. Dlouhodobá perspektiva: každé rozhodnutí je třeba zvážit z hlediska dlouhodobých dopadů, je třeba strategicky plánovat. Kapacita životního prostředí je omezená: nejenom jako zdroje surovin, látek a funkcí potřebných k životu, ale také jako prostor pro odpady a znečištění. Předběžná opatrnost: důsledky některých našich činností nejsou vždy známé. Prevence: je mnohem efektivnější než následné řešení dopadů. 28
Základní principy udržitelného rozvoje Kvalita života: má rozměr nejen materiální, ale také společenský, etický, estetický, duchovní, kulturní a další. Lidé mají právo na kvalitní život. Sociální spravedlnost: příležitosti i zodpovědnosti by měly být děleny mezi země, regiony i mezi rozdílné sociální skupiny. Zohlednění vztahu lokální globální : činnosti na místní úrovni ovlivňují problémy na globální úrovni, vytvářejí je nebo je mohou pomoci řešit. Vnitrogenerační a mezigenerační odpovědnost: zabezpečení národností, rasové i jiné rovnosti, respektování práv všech současných i budoucích generací na zdravé životní prostředí a sociální spravedlnost. Demokratické procesy: Zapojením veřejnosti již od počáteční fáze plánování vytváříme nejen objektivnější plány, ale také obecnou podporu pro jejich realizaci 29
Zelená architektura Budovy nové generace Ekoarchitektura, environmentální architektura či zelená architektura je architektura ohleduplná k životnímu prostředí. Zelená architektura klade důraz na nezatěžování svého okolí a zaměřuje se především na minimalizaci tzv. energetických vstupů. Využívá obnovitelných zdrojů a preferuje obnovitelné materiály Zelená budova je stavba, která je navrhovaná, realizována a provozována tak, aby byla zajištěna minimalizace dopadu na životní prostředí, maximální účinnost v souvislosti s využíváním zdrojů - energií, materiálů, vody a vytvoření kvalitního vnitřního prostředí. 30
Zelená architektura Budovy nové generace Proč stavět zelené budovy? Energetický a environmentální význam Snížení spotřeby energií Snížená tvorby emisí skleníkových plynů (CO 2 ) Ekonomický význam Snížení nákladů na provoz budovy Sociální význam Vytvoření kvalitního vnitřního prostředí bez uvolňování nežádoucích látek 31
Zelená architektura Budovy nové generace Zelená architektura má být: Krásná, přívětivá a inspirující v harmonii s přírodou a jejími zákony Sladěná s lidskými potřebami funkční, praktická a ekonomická Ohleduplná k životnímu prostředí s minimální záborem půdy Organická inspirovaná přírodními formami a materiály Soběstačná nezávislá na vnějších zdrojích Využívající energii slunce pasivně a aktivně 32
Zelená architektura Budovy nové generace Zelená architektura má vycházet z: Místního klimatu tvořit vlastní mikroklima Místní tradiční architektury Kontextu krajiny a její historie neporušit historickou stopu 33
Zelená architektura Budovy nové generace Zelená architektura má mít: Lidské měřítko Smysl pro detail a proporce Nízké nároky na provoz a údržbu Dlouhou životnost Krásný výhled Co nejvíc zeleně vně i uvnitř 34
Zelená architektura Budovy nové generace Jak navrhnou zelenou budovu? Návrh budovy v souladu s okolním prostředím Využití slunečního záření Zlepšení tepelné ochrany objektu Zajištění vzduchotěsnosti obálky budovy a využití řízeného větrání s rekuperací. Zvolit vhodný zdroj pro pokrytí zbytkové potřeby tepla Volit nízko-teplotní topný systém pro distribuci tepla. Zvolit energeticky úspornou přípravu teplé vody. Naučit se, jak zelenou budovu provozovat a žít v ní 35
Zelená architektura Budovy nové generace 36
Zelená architektura Budovy nové generace 37
Dotazy či připomínky: michal.kraus@vsb.cz ENS Děkuji za pozornost Ing. Michal Kraus, Ph.D. info@krausmichal.cz 38