1/69 Hodnocení budov - přístupy Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní ČVUT v Praze
Jaké budovy chceme? 2/69 jaká kritéria mají splňovat? tepelná pohoda zdravé vnitřní prostředí minimalizovaný dopad na životní prostředí (fáze výstavby, fáze provozu, fáze likvidace) bezpečnost ekonomická efektivita estetika sociální vazby nízká spotřeba energie
Jaké budovy chceme? 3/69 Traditional teepee, Taos, New Mexico Mode-Gakuen Spiral Towers: Nagoya, Japan minimalizace neobnovitelné primární energie
Termíny 4/69 dodaná energie (delivered energy) energie, vyjádřená po energonositelích, dodaná do technického zařízení budovy přes systémovou hranici, k zajištění předpokládaného užívání (vytápění, chlazení, větrání, příprava teplé vody, osvětlení, spotřebiče apod.) nebo k výrobě elektřiny vypočtená spotřeba energie + pomocná energie po energonositelích v úředním hodnocení budov v ČR se obnovitelná energie vyrobená v místě započítává do dodané energie příklad - tepelné čerpadlo: součástí dodané energie je i energie okolního prostředí x kupovaná energie
Termíny 5/69 vydaná energie (exported energy) energie, vyjádřená po energonositelích, dodaná soustavami technického zařízení budovy přes systémovou hranici a užívaná vně systémové hranice výroba elektřiny z kogenerace v budově výroba elektřiny z OZE na budově, např. fotovoltaika výroba tepla předaného do nadřazené sítě, např. přebytky ze solární soustavy
Termíny 6/69 primární energie (primary energy) energie, která nebyla předmětem žádného konverzního nebo transformačního procesu primární energie zahrnuje energii z neobnovitelných zdrojů a obnovitelnou energii - berou-li se v úvahu obě, pak se používá název celková primární energie energie užitá k výrobě energie dodané do budovy hodnocení primární energie umožňuje jednoduché sčítání různých druhů energií, např. tepelné a elektrické vypočítá z dodaného a vydaného množství energie energonositele užitím faktorů primární energie (konverzní faktory přeměny)
Hodnocení energetické náročnosti budov 7/69 potřeba uživatelů dodaná energie do budovy bilance primární energie
Hodnocení energetické náročnosti budov 8/69 paliva konverze na energonositele technické systémy účinnosti požadavky
Bilance primární energie 9/69
Primární energie 10/69 neobnovitelná fosilní paliva jaderná energie obnovitelná sluneční záření větrná energie energie prostředí biomasa... co je primární energie v případě OZE? původem vše sluneční energie...
Primární neobnovitelná energie 11/69 při hodnocení energetické náročnosti se jedná logicky o bilancování a hodnocení primární neobnovitelné energie vliv na životní prostředí emise CO 2 použití obnovitelných zdrojů energie snižuje potřebu neobnovitelné primární energie
Faktory primární energie 12/69 celkový faktor primární energie konverzní faktory představují všechny náklady na dodávku do místo užití (výroba mimo systémovou hranici budovy, doprava, těžba). proto konverzní faktor primární energie vždy překračuje hodnotu 1 faktor neobnovitelné primární energie konverzní faktory představují navýšení energie dodávané na místo použití, ale z primární energie jsou vyloučené složky obnovitelné energie to může vést ke konverznímu faktoru nižšímu než jedna pro obnovitelné zdroje energie i OZE mohou mít potřebu primární neobnovitelné energie, např. výroba pelet, těžba biomasy, apod.
Výpočet potřeby primární energie 13/69 faktor neobnovitelné primární energie pro daný energonositel, neobnovitelná primární energie dělená dodanou energií neobnovitelná energie je ta, která se požaduje pro dodávku jedné jednotky dodané energie při započítání neobnovitelné energie potřebné na těžbu, zpracování, uskladnění, dopravu, výrobu, transformaci, šíření, rozvedení a jakékoliv další operace nutné k dodávce do budovy, ve které se dodaná energie využije primární energie obsahuje ztráty celého energetického řetězce včetně takových, které jsou umístěné mimo systémové hranice budovy tyto ztráty (a možné zisky) se zahrnují do faktoru primární energie
Faktory primární energie (EN 15603) 14/69 musí zahrnovat energii na těžbu primárního energonositele; energii na dopravu energonositele od místa výroby po místo využití; energii na zpracování, uskladnění, výrobu, šíření, rozvedení a na všechny jiné úkony potřebné na dodávku do budovy, ve které se dodaná energie spotřebuje mohou zahrnovat energii na výstavbu transformačních jednotek; energii na výstavbu dopravních systémů; energii na vyčistění a odstranění odpadů.
Faktory neobnovitelné prim. energie F 15/69 Zdroj F [kwh/kwh] Zemní plyn, černé uhlí, hnědé uhlí 1,1 Propan-butan, LPG, topný olej 1,2 Elektrická energie 3,0 Dřevo, ostatní biomasa 0,1 Dřevěné peletky 0,2 Energie okolní prostředí (elektřina, teplo) 0 Elektřina dodávka mimo budovu -3,0 Teplo dodávka mimo budovu Soustava zásobování teplem s podílem OZE < 50 % 1,0 Soustava zásobování teplem s podílem OZE mezi 50 % a 80 % 0,3 Soustava zásobování teplem s podílem OZE > 50 % 0,1-1,0 vyhláška 78/2013 Sb.
Výpočet potřeby primární energie 16/69 faktor neobnovitelné primární energie potřeba spolehlivých statistik (GEMIS v ČR), pravidelně aktualizovaných (3 až 5 let) nejednotný přístup v Evropě lokální odlišnosti podle energetického mixu každý stát má svou metodu, může si rozhodnout jak započte OZE jadernou energii síťové ztráty na straně primárního paliva síťové ztráty na straně energonositele
Faktory pro elektrickou energii v Evropě 17/69 FR DE NL PL ES SE UK % RE 12.8 10.3 4.2 2.7 22.3 50.2 4.7 F E 2.58 2.60 2.56 3.00 2.60 2.00 2.92 F [kwh/kwh] 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 10 20 30 40 50 60 RE [%]
Faktory pro elektrickou energii v Evropě 18/69 většina EU států používá faktor F E = 2.6 s rostoucím podílem OZE v mixu evropských zemí v roce 2020: předpoklad F E = 2,0 dopady? nízké hodnoty F E budou stimulovat přechod od spalování fosilních paliv na vytápění elektřinou nízké hodnoty F E nebudou stimulovat přechod na efektivní spotřebiče nízké hodnoty F E nebudou stimulovat přechod na lokální OZE
Konverzní faktory 19/69 energo nositel 1 kwh 1 kwh 1 kwh 1 kwh F solární = 0 F zemní plyn = 1.1 F elektřina = 3.0 F elektřina = -3.0 neobnovitelná primární energie 0.0 kwh 1.1 kwh 3.0 kwh -3.0 kwh
Faktory primární energie 20/69 ČSN EN 15603 s cílem ovlivnit energetické chování obyvatel, se mohou použít politické faktory primární energie na podporu nebo penalizaci některých energonositelů příklad problém se zimními špičkami elektrických přímotopů, nápor na elektrickou rozvodnou síť problém s letními špičkami elektrických chladicích zařízení, nápor na elektrickou rozvodnou síť faktor primární energie pro elektrickou energii (bez ohledu na účinnost výroby a energetický mix) se potom zvolí vysoký
Faktor využití primární energie PER 21/69 souhrnné kritérium náročnost zařízení / soustavy na primární energii poměr mezi energií dodanou pro krytí potřeb energie Q a potřebou primární energie PE PER Q PE h F h je provozní účinnost celé soustavy, vztažená k energetickému obsahu paliv
Faktor využití primární energie 22/69
Příklady PER pro různé zdroje tepla 23/69 Zdroj tepla / energonositel F h PER [ - ] [ - ] [ - ] Elektrický kotel / elektřina 3,00 1,00 0,33 Tepelné čerpadlo A/W / elektřina 3,00 2,90 0,97 Tepelné čerpadlo B/W / elektřina 3,00 3,70 1,23 Plynový kotel běžný / zemní plyn 1,10 0,75 0,68 Plynový kotel kondenzační / zemní plyn 1,10 0,93 0,85 Kotel na pelety / dřevní pelety 0,20 0,80 4,00 Solární tepelná soustava / sluneční energie 0,00 1,00
První vlaštovka 24/69 Pasivní dům
Pasivní dům - definice 25/69 Pasivní dům je takový dům, v němž může být dosaženo vysoké tepelné pohody prostředí v zimě a v létě bez samostatného aktivního vytápěcího nebo klimatizačního systému (Adamson 1987, Feist 1988)
Pasivní dům 26/69 termín nemá oporu v legislativě různá hodnocení pasivních domů s různě nastavenými kritérii PHPP dobrovolný systém hodnocení PHI ČSN 73 0540-2 informativní příloha TNI 73 0329 technická normalizační informace
PassiveHaus Institute (PHI) 27/69 kritéria potřeba tepla na vytápění < 15 kwh/m2.rok měrná ztráta < 10 W/m2 (podlahové plochy) potřeba neobnovitelné primární energie < 120 kwh/m2.rok vzduchotěsnost n50 < 0.6 tepelný komfort, teploty nad 25 C < 10 % hodin v roce... a další dílčí kritéria Passive House Planning Package (PHPP), verze 9 (2015)
Trend k pasivním domům 28/69
TNI 73 0329 (Tywoniak a kol.) 29/69 7 kritérií součinitele prostupu tepla konstrukcí průměrný součinitel Uem < 0.22 nucené větrání, účinnost > 75 % vzduchotěsnost n50 < 0.6 nejvyšší tepla < 27 C potřeba tepla na vytápění < 20 kwh/m2.rok potřeba neobnovitelné primární energie < 60 kwh/m2.rok + klasifikace do tříd
Porovnání přístupů 30/69 TNI PHPP počet kritérií 7 5 + dílčí měrná potřeba tepla na vytápění < 20 kwh/m 2.rok < 15 kwh/m 2.rok vzduchotěsnost n50 < 0,6 /h < 0,6 /h měrná potřeba neobnovitelné primární energie < 60 kwh/m 2.rok < 120 kwh/m 2.rok TNI: vytápění, teplá voda, pomocná energie PHPP: vytápění, teplá voda, pomocná energie, uživatelská energie (spotřeba el. spotřebičů cca 60 kwh/m 2.rok)
ČSN 73 0540-2 (Tywoniak a kol.) 31/69 kritéria pro pasivní dům rozšíření i na další než obytné budovy
EPBD 2010/31/EU 32/69
Směrnice EPBD 33/69 novela z roku 2010 od roku 2020 budou novostavby stavěny jako budovy s téměř nulovou spotřebou energie každý členský stát může podle svých klimatických, ekonomických, atd. podmínek definovat číselná kritéria ČR: metoda hodnocení referenční budova x hodnocená budova referenční budova: požadované U konstrukcí, vytápění plynovým nekondenzačním nemodulovaným kotlem, chlazení kompresorovou jednotkou,... hodnocení: vytápění, chlazení, příprava TV, vlhčení, osvětlení,...
Směrnice EPBD 34/69 téměř nulová budova 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 v jeho okolí to je jasná vize! definice implementována do novely zákona 406/2000 Sb. (318/2012) s prováděcí vyhláškou 78/2013 Sb.
Směrnice EPBD 35/69 přirozená definice budovy blízké budoucnosti nízká spotřeba energie úsporné konstrukce a systémy obnovitelné zdroje energie teplo, chlad, elektřina v místě či okolí co znamená místní?
Využití místně dostupných zdrojů 36/69 US military, Afghanistan
Směrnice EPBD 37/69 budovy obálka domu jako hranice pozemek, zahrada plot jako hranice vlastnické právo správní území (distrikt) územní jednotka, čtvrť, obec,... ČR, Evropa...
Vyhláška 78/2013 Sb. 38/69 U em npe
Co to prakticky znamená? 39/69 rodinný dům 111 m2 Urban, M., Kabele, K.: Vliv legislativních požadavků kladených na energetickou náročnost budov vzhledem k využití alternativních zdrojů energie, konference AZE 2014, Kroměříž
Téměř nulová budova (podle vyhlášky) 40/69 budova zateplená vytápěná plynovým kondenzačním kotlem bez obnovitelných zdrojů energie (porušuje definici zákona!) v konkrétním uvedeném případě (111 m2) součinitel U em = 0.29 W/m2K > pro pasivní domy měrná potřeba vytápění > pro pasivní domy měrná npe = 190 kwh/m2.rok >> pro pasivní domy
41/69 co tedy má být téměř nula?
Co je vlastně samotná nula? 42/69 energeticky soběstačná budova není budova bez potřeby vytápět budova bez potřeby vnější energie bilančně nulová ve všech energonositelích v každém okamžiku aktuální potřeba dodané energie je kompenzována aktuální výrobou, popř. akumulací budova bez interakce s externí sítí
Počátky 43/69 Fraunhofer ISE house
Budoucnost 44/69 stavět soběstačné budovy v oblastech se sítěmi je nesmysl ekonomický i energetický
Co je vlastně samotná nula? 45/69 energeticky nulová budova není budova bez potřeby vytápět není budova bez potřeby vnější energie bilančně nulová z hlediska potřeby primární energie roční potřeba je kompenzována roční produkcí s využitím externí sítě významná interakce s externí sítí síť se mění v poskytování služby, akumulace, řízení
Snaha o systémový přístup 46/69 ČSN 73 0540-2:2011, informativní příloha Závaznost kriteria Požadovaná hodnota Doporučená hodnota Požadovaná hodnota podle zvolené úrovně hodnocení Průměrný součinitel prostupu tepla Uem [W/(m 2 K)] Měrná potřeba tepla na vytápění [kwh/(m 2 a)] Měrná primární energie [kwh/(m 2 a)] Úroveň A Úroveň B Obytné budovy Neobytné budovy Nulový 0 0 Rodinné domy 0,25 Rodinné domy 20 Blízký Bytové domy 0,35 Bytové domy 15 80 30 nulovému Nulový 0 0 30 0,35 Blízký 120 90 nulovému úroveň A: vytápění, teplá voda, pomocná energie, uživatelská energie úroveň B: vytápění, teplá voda, pomocná energie
metoda hodnocení 47/69
Bilance primární energie pro budovu 48/69 E dod E exp nadřazená síť PE E i dod F dod, i E exp F exp, i F dod,i se nemusí rovnat F exp,i
Bilance primární energie pro budovu 49/69 3000 x 3.0 Bilance síťové EE 3000 kwh/rok Bilance PE 9000 kwh/rok potřeba domu EE: 3000 kwh/rok
Bilance primární energie pro budovu 50/69 produkce 1000 kwh/rok 2000 x 3.0 1000 x 0 Bilance síťové EE 2000 kwh/rok Bilance PE 6000 kwh/rok potřeba domu EE: 3000 kwh/rok
Bilance primární energie pro budovu 51/69 1000 x -3.0 produkce 2000 kwh/rok 2000 x 3.0 1000 x 0 Bilance síťové EE 2000 kwh/rok Bilance PE 3000 kwh/rok potřeba domu EE: 3000 kwh/rok
Bilance primární energie pro budovu 52/69 3000 x -3.0 produkce 4000 kwh/rok 2000 x 3.0 1000 x 0 Bilance síťové EE 2000 kwh/rok Bilance PE -3000 kwh/rok potřeba domu EE: 3000 kwh/rok
Bilance primární energie pro budovu 53/69 1000 x -3.0 produkce 4000 kwh/rok 0 x 3.0 3000 x 0 Bilance síťové EE 0 kwh/rok Bilance PE -3000 kwh/rok potřeba domu EE: 3000 kwh/rok
Příklad pro RD 54/69 rodinný dům v pasivním standardu vytápěná plocha 150 m 2 potřeba tepla vytápění potřeba tepla teplá voda celková dodaná energie pomocná energie (elektřina) 3000 kwh/rok 3000 kwh/rok 6600 kwh/rok 300 kwh/rok
Varianty 55/69 elektrokotel plynový kondenzační kotel tepelné čerpadlo kotel na pelety elektrokotel + solární soustava pro ohřev vody plynový kondenzační kotel + solární soustava pro ohřev vody
Bilance primární energie pro budovu 56/69 Zdroj tepla / energonositel F h [ - ] [ - ] Elektrický kotel / elektřina 3,00 1,00 Tepelné čerpadlo / elektřina 3,00 2,90 Plynový kotel kondenzační / zemní plyn 1,10 0,93 Kotel na pelety / dřevní pelety 0,20 0,80 Solární tepelná soustava 5 m 2 0 2000 1,00 kwh/rok
Bilance primární energie pro RD 57/69 0 kwh/m 2.rok 69 m 2 FV 29 m 2 FV 35 m 2 FV 30 kwh/m 2.rok 9 m 2 FV 26 m 2 FV 21 m 2 FV 49 m 2 FV 21 m 2 FV F E,exp = -3.0 FV produkce 100 kwh/m 2
Koncepce nulového domu x podpora FV? 58/69 E dod E exp nadřazená síť PE i E dod Eexp Fi od 2014: zastavení podpory FV systémů
Varianty metody 59/69 úřední hodnocení konvenční roční bilance spotřeby a produkce (v měřítku primární neobnovitelné energie) nelze získat reálnou představu o provozu domu spotřeba v jedné části roku, výroba v jiné části, omezení výroby x efektivita hodnocení pro koncového investora podrobnější hodnocení po energonositelích včetně místních podmínek připojení na síť, výkupu, možností vlastní spotřeby, akumulace energie
Pasivní domy a další (PHI) 60/69
Pasivní domy a další (PHI) 61/69
62/69 další systémy certifikace budov
Certifikační systémy 63/69 LEED Leadership in Energy and Environmental Design, USA, 2000 vázaný na ASHRAE normy použití dynamického energetického modelu GBCI (Green Building Certification Institute). BREEAM British Research Establishment s Environmental Assessment, GB, 1991? vázaný na národní předpisy a normy certifikuje British Research Establishment certifikace v projekční a realizační fázi
Certifikační systémy 64/69
LEED (Core & Structure) 65/69 LEED Udržitelný rozvoj území 28 Hospodaření s vodou 10 Energie a atmosféra 37 Stavební materiály a zdroje 13 Kvalita vnitřního prostředí 12 Inovační technologie 6 Zohlednění místních podmínek 4 Celkem 110 Klasifikace LEED < 40 bodů 40 bodů 50 bodů 60 bodů 80 bodů Certified Silver Gold Platinum (Certifikováno) (Stříbrný) (Zlatý) (Platinový)
LEED / podsystémy 66/69 New Construction and Major Reconstructions (NC) 2009 pro novostavby a výrazné přestavby (pokud je pro větší část budovy znám nájemce) Core & Shell (CS) 2009 když budoucí nájemce není znám a budova se staví spekulativně s tím, že fit-out (klientské vestavby) budou dodělány později (a certifikace se na ně nevztahuje). Commercial Interiors (CI) 2009 může navazovat na předchozí, ale nemusí nájemce si nechá certifikovat vlastní fit-out (klientskou vestavbu). Existing Buildings: Operation & Maintenance (EB:O&M) 2009 pro budovy, které jsou již postaveny a v provozu.
BREEAM 67/69 BREEAM Organizace a řízení stavby 12 Zdraví a kvalita životního prostředí 13.5 Možná rizika zdraví a životního prostředí 1 Energie 18.5 Doprava 5 Hospodaření s vodou 6 Použité materiály 12.5 Nakládání s odpady 10 Využití území a ekologie 9.5 Zátěž životního prostředí 6.5 Znečištění povrchových vod 5.5 Inovace 10 Celkem 110 Klasifikace BREEAM < 30% 30% 45% 55% 70% 85% Unclassified (Neklasifikováno) Pass (Dostatečný) Good (Dobrý) Very good (Velmi dobrý) Excellent (Vynikající) Outstanding (Mimořádný) - * ** *** **** *****
BREEAM - etapy 68/69 Pre-Assessment (Prvotní zhodnocení) vedoucí k seznámení s projektem a stanovení cílů Design Stage (Projekční fáze) vedoucí k Interim BREEAM Certificate Post-Construction Stage (Stavební a konečná fáze) vedoucí k Final BREEAM Certificate http://www.breeam.com/breeamint2013schemedocument/content/06_energy/ene_01_reduction_of_co2 _emissions.htm#energy_performance_ratio_for_international_new_constructions_(eprinc)
... jsou to jenom výpočty 69/69