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
KLIMATICKÉ ZMĚNY ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 2
Globální oteplování http://www.ncdc.noaa.gov ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 3
Globální oteplování Chladicí denostupně Vytápěcí denostupně 1880 2014 http://www.ncdc.noaa.gov ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 4
1991/1992 1992/1993 1993/1994 1994/1995 1995/1996 1996/1997 1997/1998 1998/1999 1999/2000 2000/2001 2001/2002 2002/2003 2003/2004 2004/2005 2005/2006 2006/2007 2007/2008 2008/2009 2009/2010 2010/2011 2011/2012 2012/2013 2013/2014 Globální oteplování 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 POČET DENOSTUPŇŮ - ČR ENERGO SUMMIT 2016 Zpracováno z podkladů http://www.tzb-info.cz (C) Karel Kabele 5
Globální oteplování.uplynulých 450 tisíc let TODAY http://www.globalwarmingart.com/wiki/file:ice_age_temperature_rev_png ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 6
Globální oteplování.uplynulých 10 tisíc let http://www.skepticalscience.com/humans-survived-past-climate-changes.htm ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 7
Globální oteplování http://www.ncdc.noaa.gov ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 8
Globální oteplování a energie? http://www.ncdc.noaa.gov ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 9
ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 10
ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 11
20-20-20 EU -20% -20% 100% +20% 8,5% Skleníkové plyny Spotřeba energie Podíl OZE ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 12
EU 2030? 2020-20 % 2020-20 % 100% 2030-40 % 2030-27 % +27 % 2030 +20 % 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
Zákony, vyhlášky, směrnice Směrnice 2002/91/EC o energetické náročnosti budov (EPBD) Směrnice 2010/31/EC (10.5.2010) Zákon 406/2006 Sb., o hospodaření energií Zákon č. 318/2012 Sb. (částka 117 z 3.10.2012, platný od 1.1.2013) Prováděcí vyhlášky xxx/2012(2013) Sb.!!!! Směrnice 2012/27/EU o energetické účinnosti (25.10.2012)!!!! ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 14
Prováděcí vyhlášky k Zákonu 406/2000 Sb., o hospodaření energií ve znění č. 318/2012 Sb. Vyhláška o energetické náročnosti budov 78/2013 Sb. (1.4.2013) Vyhláška o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie 194/2013 Sb.(1.8.2013) Vyhláška o kontrole klimatizačních systémů 193/2013 Sb.(1.8.2013) Vyhláška o energetickém auditu a posudku 480/2012 Sb. (1.1.2013) Vyhláška o energetických specialistech č.118/2013 Sb. (1.6.2013) Vyhláška o stanovení minimální účinnosti užití energie při výrobě elektřiny a tepelné energie 441/2012 Sb. (1.1.2013) TNI 73 0331 Energetická náročnost budov typické hodnoty pro výpočet ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 15
Nízkoenergetický dům Dům s téměř nulovou spotřebou energie? Pasivní dům Energeticky aktivní dům Energeticky nulový dům ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 16
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: www.google.cz zdroj: www.google.cz zdroj: autor ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 17
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
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 2005 19
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
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
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 2016 22
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 1.7.2015; 131/2015 Sb platí od 1.1.2016) 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 1.12.2015 ) Snížení ENB : zpřísnění požadavku na obálku budovy Využití OZE : zpřísnění požadavku na neobnovitelnou primární energii ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 23
Označení Jednotky Budovy s téměř nulovou spotřebou energie Snížení ENB zpřísnění požadavku na U em ve vztahu k požadované hodnotě ČSN 730540-2:2011 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
% % 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 1.1. 2015 Referenční hodnota Nová budova po 1. 1. 2015 Budova s téměř nulovou spotřebou energie Rodinný dům 3 10 25 Bytový dům 3 10 20 Ostatní budovy 3 8 10 ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 25
% Kontrola splnění požadavků na nzeb 120 nzeb 100 80 60 40 20 0 2012 2013 2015 2020 Uem 100 80 80 70 Δ ep-rd 100 100 90 75 Δ ep-bd 100 100 90 80 Δ ep-ostatní 100 100 92 90 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 1.1.2016 Od 1.1. 2017 Od 1.1 2018 Ostatní Od 1.1 2018 Od 1.1 2019 Od 1.1 2020 ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 26
Cesta k budově s téměř nulovou spotřebou energie - ve světě ENERGO SUMMIT 2016 zdroj: Kurnitskyi Nearly zero energy buildings nzeb. REHVA (C) Karel Kabele 2012 27
NAVRHOVÁNÍ BUDOV S TÉMĚŘ NULOVOU SPOTŘEBOU ENERGIE ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 28
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Případová studie administrativní budova ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 38
Administrativní budova ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 39
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
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
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
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
Návrh PV systému Využitelná plocha střechy 102 m 2 ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 44
Návrh systému PV systém 7,5 kwp Akumulace (baterie 22kWh) Bez akumulace Investice: 1 026 000 Kč Investice: 415 000 Kč ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 45
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 1.12.2015 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
DĚKUJI ZA POZORNOST Karel Kabele kabele@fsv.cvut.cz Katedra technických zařízení budov Stavební fakulta, ČVUT v Praze http://tzb.fsv.cvut.cz ENERGO SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele 47