Energie v udržitelném územním plánování Principy, metody a cíle Finální verze: 11-10-2013 Esther Roth, Erik Alsema, W/E konzultanti, Lekce 1, Kraj Vysočina, ČR
Cíle seminářů, lekcí Cíl: zlepšení zapojení efektivního využití energie do plánovacího procesu Na začátku procesu V průběhu celého procesu Určeno pracovníkům místních úřadů zapojených do městského nebo regionálního plánování; Poskytování znalostí, dovedností a nástrojů Přizpůsobeno místním potřebám Diskuze s účastníky
Program lekcí 1-6 1. Ambice: Udržitelné územní plánování, Energetická politika, Energetické zdroje, poptávka po energii; 2. Dodávka udržitelné energie, skladování energie, využití odpadního tepla; 3. Zapojení zúčastněných stran, finanční a ekonomické aspekty; 4. Udržitelný rozvoj nových stavebních ploch; 5. Udržitelnost a projekty ve stávajících zastavěných oblastech; 6. Stimulace zájmu o udržitelné městské plánování.
Obsah - session 1 Úvod Udržitelné územní plánování Případové studie Klima a energetická politika: v evropském a národním měřítku Energetické zdroje: koncept a definice Poptávka po energii v budovách Energetická náročnost na regionání úrovni Domácí úloha
Udržitelné územní plánování
Udržitelné územní plánování Kvalita životního prostředí Udržitelný územní plán Kvalita sídelního prostoru Kvalita procesu
Definice Udržitelné městské plánování je takový způsob plánování, který ve všech fázích svého procesu využívá možnosti realizace kvality prostoru pro veškeré obyvatelstvo vč. budoucích generací v kombinaci s nízkým dopadem na životní prostředí. Z udržování kombinace obou vlastností v průběhu času mohou těžit budoucí generace. Arnhem meeting, 22-23 April 2013
Udržitelné územní plánování Kvalita prostředí Kvalita prostředí na regionální úrovni Kvalita prostředí na lokální úrovni Kvalita přírodního prostředí Kvalita prostoru Prostorová diferenciace a městské formy Kvalita veřejného prostoru Flexibilita s ohledem na využití budov a infrastruktury Cíl a konkrétní program realizace Základní konstrukce s ohledem na kvalitu města a kulturně-historické hodnoty a současný stav městského plánování ( současná a budoucí krajina a infrastruktura ) Sociální kvalita - Kvalita služeb - Tolerantní společnost Ekonomické přínosy - Finanční přínosy pro obyvatele - Podpora současných a budoucích ekonomických aktivit
Provázanost plánování SUSREG modul 1-1
Proces cyklické využívání území c. Přechodné využití Opuštění Opětovné využití Mix nástrojů Právní, plánovací a ekonomické nástroje, spolupráce, governance a integrované přístupy Plánování a. Využívání a. Zastavitelné území (zelené louky) minimalizovat b. Vyřazení zastavěného území, které není vhodné pro nové využívání (naturalizace) c. Aktivace vnitřního rozvojového potenciálu zastavěného území b. Pozastavení využívání SUSREG Modul 1-1
Využívání území v ČR rok obyvatelstvo zastavěné plochy (ha) zastavěné plochy /osobu (m2) % poměr zast. ploch k velikosti ČR 1930 10 674 388 74 682 69,96 0,9470 1950 8 896 133 85 854 96,51 1,0887 1970 9 807 697 112 564 114,77 1,4274 1991 10 022 150 126 636 122,92 1,6058 1999 10 278 098 130 102 126,58 1,6498 2010 10 532 770 131 366 124,72 1,6657 2011 10 505 445 131 691 125,35 1,6689, 2012 10 516 124 131 800 125,33 1,6712 Zdroj: Ročenky Katast. úřadu a ČSÚ SUSREG Module 1 1
Zpevněné a zabetonované území Zdroj: http://www.eea.europa.eu/highlights/land-cover-country-analyses SUSREG Modul 1-1
Efektivita využívání území v ČR a v kraji Vysočina 2012 ČR 2012 Vysočina 2011 Vysočina 2010 Vysočina obyvatelstvo velikost území (ha) zastavěná plocha (ha) zast. pl./osobu /m2 % zast. plochy k velikosti území 10 516 125 7 886 600 131 800 125,33 1,6908 511 207 679 570 8 761 171,38 1,2892 511 937 679 570 8 717 170,27 1,2827 514 569 679 570 8 673 168,54 1,2762 2009 Vysočina 515 411 679 570 8 588 166,62 1,2637 Neefektivita využívání území způsobuje zvyšování energetických nároků více dopravy, vyšší výrova, více údržby, více materiálů SUSREG Modul 1-1
Energie v udržitelném územním plánování Umožnění nízké celoživotní spotřeby energie v budovách, inženýrských sítích a dopravě Plné využití potenciálu obnovitelných zdrojů energie Efektivní využívání stávajících zdrojů odpadního tepla (např. dálkové vytápění); Poskytování infrastruktury pro distribuci (obnovitelných) zdrojů energie Dopady životního stylu, usnadňování, usměrňování, flexibilita Arnhem meeting, 22-23 April 2013
Spotřeba energie v městských oblastech Energie v budovách (vytápění a chlazení, teplá voda, výtahy) Energie (domácích i veřejných) spotřebičů (mytí, chlazení, elektronická zařízení) Energie pro komerční služby (chladírny, kancelářské stroje) Průmyslová výroba Energie pro veřejně prospěšné služby (dodávky vody, vodní hospodářství, veřejné osvětlení) Energie pro dopravu (OA, veřejná doprava)
Social Costs ( per ton CO2 avoided) Social benefits Refineries Industry Buildings Transport Agriculture
Poptávka po energii a prostorové měřítko úrovní Typická data týkající se poptávky po energii (pro regiony) Odvíjí se od funkcí a stáří budov (je třeba zpracovat) Typická data týkající se poptávky po energii (pro budovy) Referenční stavby (více údajů z národních referenčních souborů a národních statistik) Vztah mezi úrovněmi (svoboda volby, infrastruktura, předpisy, smlouvy) Regionální energetické plány, dohoda starostů a primátorů - akční plány udržitelné energetiky
Typy oblastí a energetická náročnost Rezidenční plochy stávající Možnosti renovace: stáří budovy, typy budovy, vlastnická struktura, nové Možnosti téměř nulové spotřeby energie: financování, energetická infrastruktura Nerezidenční plochy Budovy veřejných služeb Nové a stávající komerční plochy: Souhrn činností, vytápění a chlazení, možnosti přeměny tepla/chladu, dodávky tepla do sousedních oblastí Průmyslové plochy
Energetická a klimatická politika: na nadnárodní úrovni (EU)
Energetická politika 3 důvody pro energetickou politiku: - Zmírňování změny klimatu snížením emisí CO2; - Vyhnout se vyčerpání omezených zdrojů - neobnovitelných (např. fosilní paliva); - Lepší zabezpečení dodávek energie pomocí snížení závislosti na jiných zemích - Zlepšení kvality života
Plán EU 2050 Plán pro konkurenceschopné nízkouhlíkové hospodářství v roce 2050, 80% snížení emisí CO 2 do roku 2050 Snížení po jednotlivých sektorech:
European policy The 20-20-20 targets of EU climate policy: A 20% reduction in EU greenhouse gas emissions from 1990 levels; Raising the share of EU energy consumption produced from renewable resources to 20%; A 20% improvement in the EU's energy efficiency MasterClass #1
Prosazování politiky prostřednictvím směrnic Směrnice o energetické účinnosti Směrnice o obnovitelné energii Směrnice o energetické náročnosti budov (EPBD) a EPBD-recast
Směrnice o energetické účinnosti Dne 4. října 2012 Evropská rada potvrdila politickou dohodu o Směrnici o energetické účinnosti (EED). EED stanovuje právně závazná opatření pro účinnější využívání energie ve všech fázích energetického řetězce - od přeměny energie a její distribuce do konečné spotřeby. Opatření zahrnuje: Veřejné subjekty budou muset pořizovat energeticky účinné budovy, produkty a služby, a renovovat 3% svých budov každý rok, dále výrazně snížit spotřebu energie. Energetické podniky by měly podporovat koncové uživatele, snížit svou spotřebu energie pomocí zlepšení efektivity (např. nahrazením starých kotlů nebo zlepšením izolace). Průmysl zde se očekává, že si průmyslové společnosti budou více vědomi energeticky úsporných možností, každé 3 roky budou vyžadovány energetické audity. Spotřebitelé by měli být schopni lépe kontrolovat svoji spotřebu energie díky dostupnějším informacím, které budou zveřejněny na jejich účtech. Transformace energie by měla být monitorována, přičemž EU navrhuje v případě potřeby zavést opatření ke zlepšení výkonu a na podporu kombinované výroby tepla a elektřiny. Státní energetické regulační orgány by měly brát energetickou účinnost v úvahu při rozhodování o tom, jak a za jaké náklady je energie distribuována koncovým uživatelům. Systémy certifikace by měly být zavedeny pro poskytovatele energetických služeb s cílem zajistit vysokou úroveň odborné způsobilosti.
Směrnice o obnovitelné energii Směrnice 2009/28/ES o obnovitelných zdrojích energie stanovuje ambiciózní cíle pro všechny členské státy. Podle ní EU dosáhne 20% podílu energie z obnovitelných zdrojů do roku 2020 a 10% podílu obnovitelných zdrojů energie, a to zejména v oblasti dopravy. národní akční plány pro rozvoj obnovitelných zdrojů energie, včetně bioenergie, procesy spolupráce, které přispějí k ekonomicky efektivnímu dosažení cílů stanovení kritérií udržitelnosti pro biopaliva.
Směrnice o obnovitelné energii Cíle jednotlivých zemí určující podíl energie z obnovitelných zdrojů na konečné spotřebě energie v roce 2005 a 2020 National overall targets 2005 Share 2020 Target Czech Republic 6,1 % 13 % Denmark 17,0 % 30 % Germany 5,8 % 18 % Greece 6,9 % 18 % Spain 8,7 % 20 % France 10,3 % 23 % Italy 5,2 % 17 % Cyprus 2,9 % 13 % Netherlands 2,4 % 14 % Austria 23,3 % 34 %
Směrnice o energetické náročnosti budov (EPBD) úprava (2010-2013)
Nástroje na úrovni EU Povinnost k národní implementaci Financování inovací v energetice Strukturální programy (infrastuktura) Kooperace a iniciativy (Pakt starostů a primátorů) Deregulace energetického trhu Oddělení výroby od distribuce energie
Shrnutí Národní politika týkající se klimatu a energetiky je určena do značné míry evropskými cíli a "směrnicemi"(eed,red, EPBD) Energetická náročnost a požadavky energetických štítků budov jsou také implementací politiky EU; Energetické požadavky na nové budovy jsou stále přísnější, od roku 2020 musí být budovy v souladu s požadavkem na (téměř) nulovou spotřebou energie; Požadavek na energetickou náročnost i pro rekonstrukce (je-li rekonstrukce > 25% užitné plochy)
Energetická a klimatická politika: Národní a regionální úroveň
Klimatická politika Kjótský cíl: emise skleníkových plynů v období 2008-2012 v průměru o 6 % nižší než v roce 1990. Geraamde uitstoot zal waarschijnlijk hoger zijn Noodzaak tot aankoop van buitenlandse emissierechten
Cíle politiky - národní a regionální Cíle národní politiky, na základě směrnic EU Další národní cíle Regionální cíle Lokální cíle Podívejte se na jednotlivé příklady, Efektivní využití půdy? Sociální problematika?
Finanční pobídky pro energetickou účinnost a obnovitelnou energii Institucionální podpora pro získávání finanční podpory ("Jessica"), pro nejbližší období podporovaný nástroj nejde o dotace, ale o zvýhodněné úvěry / v souladu s obecným trendem omezování dotací
Energetické zdroje koncepty a definice
Energie a výkon Energie je schopnost systému vykonávat práci. Jednotka energie: Kalorie (Cal), Joule (J), MegaJoule (MJ), kilowatthodina (kwh), tuna ropného ekvivalentu (toe), British Thermal Unit (BTU) Síla je množství energie za jednotku času Jednotky: kilowatt (kw), koně (hp) E = P * ΔT kde: ΔT = délka času (např. 1 hodina) Příklad: naftový generátor 100 kw běží po dobu 10 hodin = produkuje 1000 kwh = 1 MWh energie
Systémy dodávek energie Primární energetické nosiče: - Uhlí - Ropa - Plyn Sekundární energetické nosiče: - Elektřina - Horká voda - Pára Primární spotřeba energie (neobnovitelné zdroje) je množství energie získané ze zdrojů (tj. ropy nebo zemního plynu). Obvykle se používá pouze ve spojení s fosilními a jadernými palivy ("neobnovitelné zdroje energie"). Konečná spotřeba energie: je množství energie použité koncovým uživatelem (např. množství elektřiny nebo plynu uvedené v metráži energie v domácnostech)
Energetické zdroje Energie z fosilních paliv: uhlí, (surové) ropy, zemního plynu Jaderná energie: uran, thorium Obnovitelné zdroje energie: - solární, větrná, - Biomasa - Geotermální - Přílivová energie - ostatní
Přeměna energie
Primární energie Výpočet spotřeby primární energie : E p = F + E / η e kde: E p = primární energie F = využití paliva (= konečné využití) E = využití elektřiny (= konečné využití) η e = účinnost přeměny systému výroby elektrické energie (30-40%)
Primární energie v případě jaderné a obnovitelné energie
Primární energetické faktory Účinnost přeměny uhlí na elektrickou energii (= nízká mnoho odpadního tepla) Národní faktor pro systém dodávky energie
(Téměř) nulová spotřeba energie Měla by být v oblasti primární energie Využití pouze ve fázi výstavby (očekávané využití) Spotřeba energie je dána obnovitelnými zdroji energie, měřená v průběhu jednoho roku Uvažujeme primární energii (nikoli finální) Limitováno na využití fáze výstavby (očekávaná spotřeba energie)
Aspekty životního cyklu Regulace energetického výkonu je pouze fáze budování Výstavba a demolice budov rovněž vyžaduje energii Tato "vtělená" energie není zahrnuta v EPBD a v koncepci nulové energetické spotřeby Ekologické značení budov podává více holistický pohled (ale méně kvantifikovatelný)
Emise CO 2 z energetických zdrojů CO 2 vzniká při spalování fosilních paliv; C-faktor vyjadřuje emise CO2 na jednotku energie; Uhelné elektrárny: C= 900-1100 g CO 2 na kwh el Energetická technologie C-faktor (g/kwh) Uhelné elektrárny 900-1100 Plynové elektrárny (STAG) 400 Elektřina (mix NL paliv) 570 Plynový kotel (vytápění) 200 Benzinový kotel (vytápění) 280
Shrnutí Významný rozdíl mezi primární a konečnou spotřebou energie (primární je více relevantní pro dopady a nařízení); Různé nosiče energie mohou být použity s různými faktory emisí CO2; Rozdíl mezi požadavkem na životní cyklus energie a jejím využitím závisí na fázi energie; Nulová spotřeba energie je pojem, který může být chápán různě; Nulová spotřeba energie není závislá na sezónních výkyvech nabídky a poptávky;
Diskuze Jaký je rozdíl mezi "nulovou spotřebou energie" a "nulovými emisemi uhlíku"? Co znamená udržitelná energie Co znamená nízkouhlíková energie Je jaderná energie: obnovitelná / udržitelná / nízkouhlíková? Lze při plánování měst počítat se všemi dopady životního cyklu nebo pouze s energetickou náročností?
Redukce energetické náročnosti: Principy a pravidla pro pozemní stavby
Energetická náročnost budov Rozlišujeme 2 hlavní kategorie: Poptávka po energii související se stavbou Vytápění prostoru Chlazení Ventilace Horká voda Osvětlení Výtahy Poptávka po energii související s uživatelem Pračka Lednice Vaření Tv, audio, pc Regulace pomocí standardů energetického výkonu budovy Výpočet výkonu pro standardní využití budovy Aktuální poptávka se odvíjí od chování obyvatel Neregulovaná (pouze energetické štítky spotřebičů) Hlavně využití elektřiny (90%) Záleží na životním stylu
Využití energie v budovách Obnovitelná energie Ventilace Vytápění prostoru (SH), záložní energie Osvětlení Domácí ohřev vody Q tot = Q SH + Q cooling + Q DHW +Q vent + Q Aux + Q Light - Q RE
Tepelná bilance 5 C Ztráta: šíření Ztráta : Ventilace Ztráta : přísun vzduchu 5 C 18 C Zisk: Solární vytápění Zisk : vnitřní zdroje Zisk : bojler (+)
Energetická bilance Poptávka po vytápění/chlazení přenos (tepelný obal, zonace) Ventilace a infiltrace (vzduchotěsnost) Zdroj energie Instalace vytápění
Energetická náročnost - budovy štítek E štítek E štítek E Spotřeba plynu 8000 m3 Spotřeba plynu 2000 m3 Spotřeba plynu 1500 m3 Byty se stejnou energetickou náročností a tedy i stejnou hodnotou energetického indexu mohou mít vzhledem k rozdílům ve velikosti a typu bytu odlišnou referenční spotřebu energie.
Graf 1C6 Průměrná úroveň spotřeby tepla (konečná spotřeba energie v kwh / (m2a) / rodinné domy podle roku výstavby
Přechod k udržitelné energii
Přechod k udržitelné energii Trias Energetica jako obecná zásada: - Krok 1: Snížení konečné spotřeby energie; - Krok 2: Přechod na obnovitelné zdroje energie; - Krok 3: Efektivnější využívání fosilních paliv, např. kombinovaná výroba tepla a energie, využití odpadního tepla.
Energetické cíle pro budovy Cíle mohou být stanoveny pro: - Energetickou výkonnost stavebních prvků (např. izolace stěn) - Celkovou energetickou náročnost budovy - Primární energetickou náročnost budovy
Možnosti energetické účinnosti Izolace, sklo Kompaktní stavba Pasivní solární energie (přidělování osluněných lokalit a budov) Uživatelská hlediska / Životní styl / informovanosti o energii Ztráta tepla Efektivní využívání fosilní energie (vysoká účinnost kotle, tepelná čerpadla, dálkové topení, odpadní teplo)
Izolace stěn
Vzduchotěsnost
Cíle pro budovy, nikoli pro lokality Nové budovy - EPC Stávající budovy - EI EPL = Energy Performance on Location (energetická náročnost na umístění) Energetická náročnost zástavby Hodnoty 0-10: 10 = nulové emise CO2 6 = průměrný výkon nové zástavby (pro předpisy z roku 2005)
Modelbouwverordening Nationaal Isolatieprogramma, kierenjacht Isolatie-eisen: Rc > 2, dubbel glas Bouwbesluit WoningWaardering EPBD recast in NL Tweede EPBD recast Overheid bijna energie neutraal Markt bijna energie neutraal 1975 1978 1988 1992 1995 1999 2006 2008 2010 2011 2012 2013 2017 2018 2020??
Norma pro nové budovy (2013) Konečná spotřeba energie Elektřina Palivo (kwh/m2) (kwh/m2) Typ paliva Primární spotřeba energie (kwh/m2) Obytné budovy Vícečlené rodiny 13 52 plyn 86 Řadové domy 13 50 plyn 83 Rohové domy a dvojdomy (2 pod jednou střechou) 13 52 plyn 86 Rodinné domy (bez sousedů) 14 55 plyn 92 Inženýrské stavby Kancelářské budovy 21 82 plyn 136 Zdravotní péče - kliniky 55 210 plyn 350 Zdravotní péče - jiné 17 67 plyn 111 Společenské budovy 29 112 plyn 186 Vzdělávací budovy 33 127 plyn 211 Sportovní funkce 28 107 plyn 178 Ubytovací zařízení 30 117 plyn 194 Obchody 46 175 plyn 292
Průměrná spotřeba energie na štítku kategorie (stávající budovy) Poznámka: Předpokládá se, že nové stavby od roku 2006 mají energetickou účinnost, která odpovídá A-štítku. Primární využití energie (ve vztahu k novým budovám 2006) štítek Rezidenční využití G 251% 176% F 222% 162% E 192% 150% D 165% 136% C 141% 122% B 122% 112% A 100% 100% A+ 76% 86% A++ 54% 66% A+++ 32% 38% A++++ 11% 12% Standard for New buildings in 2006 Primary energy consumption (kwh-p/m2) Residential buildings Multifamily 144 Row houses 139 Corner houses and semidetached 142 houses ("2 under 1 roof") Detached houses ("no neighbours") 156 Utility Buildings Office buildings 486 Health care - clinical 167 Health care - non-clinical 206 Meeting buildings 228 Educational buildings 178 Sports functions 206
Domácí spotřeba energie
Typical Dutch household Historical trends in energy use Gas (m3) Electricity (kwh)
Gas (m3/yr) Spotřeba plynu v závislosti na: - Typu budovy - Zařízení v budovách - Klimatických vlivech, izolaci - Obsazení budovy - Chování uživatelů Electricity (kwh/yr) Spotřeba elektřiny v závislosti na: - Proslunění - Obsazení budovy - Typu vybavení (štítek) - Životním stylu
Snížení možností pro uživatele v souvislosti s poptávkou Zařízení na kontrolu spotřeby energie Efektivní typy světla (LED, CFL) Plnění pračky horkou vodou (je-li k dispozici solární teplovodní kotel) Úspora vody při běžném používání Senzory na zapínání světel (kanceláře) Zásobování energeticky úspornými domácími spotřebiči Stimulace nákupu a využití energeticky účinných domácích spotřebičů (zvýhodněná půjčka)
Shrnutí Trias energetica je dobrým výchozím bodem pro přechod k udržitelnému zásobování energií; Zlepšení kvality budov může významně přispět ke splnění cílů politiky ochrany klimatu; Důležité body: Stavební orientace na kompaktnost Kvalita vnějšku budovy (Usnadnění) snížení domácí spotřeby Využití udržitelných zdrojů Efektivní zařízení budov
Energetická náročnost na úrovni lokalit (EPL)
Energetická vize rozvoje území Lokální příležitosti: Hustota výstavby, fáze přidělování oblasti. Orientace budov Tepelná hmotnost Využití odpadního tepla Výzvy: Adaptace na změnu klimatu Tepelné městské ostrovy (Urban heat islands)
Výpočet emisí CO2 v lokalitě Závisí na: Energetické náročnosti budov v lokalitě Využití energetické infrastruktury jako např. odpadní teplo nebo sezónní akumulace tepla Generování udržitelné energie v lokalitě
Reference z rezidenční čtvrti (se 100 řadových bytů a 50 dvojdomy) s koeficientem energetické náročnosti 0,6 (požadavek od roku 2011, s plynovou infrastrukturou) má energetickou náročnost v lokalitě 7,2 a roční CO2-emise 525t. V případě, že byty mají EPC 0,4 (požadavek od roku 2015), pak je EPL rovno 7,8. Příklady obytných oblastí s EPL 8,0 (emise CO2 375 t/rok): Byty EPC 0.6, s plynovou infrastrukturou a s 50% domácností požadujících elektřinu (cca 2500 kwh na jeden byt) je trvale vytvářeno v okolí. Byty s EPC 0.5, tepelnou akumulací tepla 15% požadované elektřiny je trvale vytvářeno v okolí. Příklady obytných oblastí s EPL 9.0 (emise CO 2 88 t/rok): Byty s vnější ochranou budovy s EPC 0,6 (pokud je využit standardní plynový kotel). Kolektivní výroba tepla a elektrické energie v kogenerační jednotce s 50% bio-paliv Byty s vnější ochranou budovy s EPC 0,4, tepelnou akumulací a takové lokality, kde je 60% požadované elektrické energie generováno trvale v okolí
Zdroje energetická poptávka www.buildingsdata.eu/ Data hub: A wealth of statistical data on buildings and building energy performance for all(?) EU countries www.bpie.eu Building Performance Institute Reports on building performance and renovation policy www.building-typology.eu Tabula project: Building typology and related energy performance for several EU countries http://www.onlineconversion.com/energy.htm Conversion of energy units
Dotazy?