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…
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
http://www.ncdc.noaa.gov 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… POČET DENOSTUPŇŮ - ČR
3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000
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…
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
http://www.ncdc.noaa.gov 8
Globální oteplování a energie…?
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
http://www.ncdc.noaa.gov 9
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
10
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
11
20-20-20 EU 100%
-20%
-20%
+20% 8,5% Skleníkové plyny ENERGO SUMMIT 2016
Spotřeba energie (C) Karel Kabele
Podíl OZE 12
EU 2030 ?
2020
-20 %
2020 2030
2030
-40 %
100%
-20 % -27 %
+27 % 2030
+20 % Skleníkové plyny ENERGO SUMMIT 2016
Spotřeba energie
2020
Podíl OZE SN 79/14 European Council (23 and 24 October 2014) Conclusions on 2030 Climate and Energy Policy Framework
(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
Energeticky aktivní dům ENERGO SUMMIT 2016
Pasivní dům
?
Energeticky nulový dům (C) Karel Kabele
16
Energeticky nezávislé budovy • Ostrovní provoz – Bez napojení na vnější energetické sítě, minimalizace potřeby energie – Obnovitelné zdroje • • • • •
zdroj: www.google.cz
Fotovoltaika Fototermika Větrná elektrárna Kotel na biomasu Kogenerace…
zdroj: autor
– Tradiční zdroje • Elektrocentrála • Kotel … ENERGO SUMMIT 2016
zdroj: www.google.cz
(C) Karel Kabele
17
Energeticky úsporné budovy Nízkoenergetický dům
Roční potřeba tepla na vytápění
< 50 kWh/m2/rok
Pasivní dům
Roční potřeba tepla na vytápění < 15 kWh/m2/rok celkem primární
Energeticky nulový dům
Roční potřeba tepla na vytápění
<5 kWh/m2/rok
< 120 kWh/m2/rok
Energeticky aktivní domy
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
Pasivní s Budovy s téměř nulovou potřebou Roční potřeba Roční potřeba přebytkem tepla na tepla na vlastní výroby < 15 energie vytápění vytápění elektrické kWh/m /rok 2
< 50 kWh/m2/rok
celkem primární
<5 kWh/m2/rok
< 120 kWh/m2/rok
energie (PV) dodává do sítě
zdroj: Tywoniak Nízkoenergetické domy Principy a příklady 2005
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
19
Energetická náročnost budov Vytápění
Teplá voda
Chlazení
Energetická náročnost budov Úprava vlhkosti vzduchu
Umělé osvětlení
Větrání
„energetickou náročností budovy se rozumí vypočtené množství energie nutné pro pokrytí potřeby energie spojené s užíváním budovy, zejména na • vytápění, • chlazení, • větrání, • úpravu vlhkosti vzduchu, • přípravu teplé vody a • osvětlení“ Zdroj: Zákon 318/2012 Sb.
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
20
Energetická náročnost budov
Systémová hranice
OZE nOZE
Obnovitelná Neobnovitelná
Vnitřní zisky
Požadovaný stav Prostup vnitřního prostředí (teplota, vlhkost, kvalita Infiltrace vzduchu, větrání osvětlení)
Denní Teplá voda osvětlení Potřeba energie
nOZE Vytápění Chlazení Větrání
OZE
TECHNICKÉ SYSTÉMY BUDOV
Osvětlení
Pomocné energie
Vypočtená spotřeba energie ENERGO SUMMIT 2016
Chlad Elektřina
Teplá voda
Ztráty tech.systémů
Teplo
CENTRALIZOVANÉ ZDROJE
Solární zisky
Primární energie
(C) Karel Kabele
Dodaná energie
21
Primární energie Příloha č. 3 k vyhlášce č. 78/2013 Sb. Energonositel Zemní plyn Černé uhlí Hnědé uhlí Propan-butan/LPG Lehký topný olej Elektřina Dřevěné peletky Kusové dřevo, dřevní štěpka Energie okolního prostředí (elektřina a teplo) Elektřina - dodávka mimo budovu Teplo - dodávka mimo budovu Soustava zásobování tepelnou energií s vyšším než 80% podílem OZE Soustava zásobování tepelnou energií s vyšším než 50% a nejvýše 80 % podílem OZE Soustava zásobování tepelnou energií s 50% a nižším podílem OZE Ostatní energonositele ENERGOneuvedené SUMMIT 2016 (C) Karel Kabele
1,1 1,1 1,1 1,2 1,2 3,2 1,2 1,1 1,0 -3,2 -1,1 1,1
Faktor neobnovitelné primární energie(-) 1,1 1,1 1,1 1,2 1,2 3,0 0,2 0,1 0,0 -3,0 -1,0 0,1
1,1
0,3
1,1 1,2
1,0 1,2
Faktor primární energie (-)
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
Budovy s téměř nulovou spotřebou energie
Parametr
Označení
Jednotky
Snížení ENB – zpřísnění požadavku na Uem ve vztahu k požadované hodnotě ČSN 730540-2:2011 Uem,N,20,R = fR · [ (UN,20,j · Aj · bj) / Aj + ∆Uem,R ]
Redukční činitel požadované základní hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla
fR
-
ENERGO SUMMIT 2016
Referenční hodnota Budova Změna s téměř Nová dokončené nulovou budova budovy spotřebou energie
(C) Karel Kabele
1,0
0,8
0,7
24
Budovy s téměř nulovou spotřebou energie Vliv OZE
ENERGO SUMMIT 2016
Jednotky
Druh budovy nebo zόny
Referenční hodnota Budova Změna Nová s téměř dokončené budova nulovou budovy po 1. 1. spotřebou po 1.1. 2015 2015 energie
Rodinný dům
3
10
25
Bytový dům
3
10
20
Ostatní budovy
3
8
10
%
Snížení hodnoty neobnovitelné primární energie stanovené pro referenční budovu
Δep,R
%
Parametr
Označení
snížení referenční hodnoty neobnovitelné primární energie o 10 až 25 % podle typu budovy
(C) Karel Kabele
25
Kontrola splnění požadavků na nZEB nZEB
120 100 80 %
60 40 20 0 Uem Δ ep-RD Δ ep-BD Δ ep-Ostatní
2012 100 100 100 100
Zavedení požadavku nZEB:
2013 80 100 100 100
2015 80 90 90 92
2020 70 75 80 90
>1500 m2
> 350 m2
< 350 m2
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 ENERGO SUMMIT 2016
Od 1.1Kabele 2018 (C) Karel
Od 1.1 2019
Od 1.1 2020 26
Cesta k budově s téměř nulovou spotřebou energie - ve světě
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
zdroj: Kurnitskyi Nearly zero energy buildings nZEB. REHVA 2012 27
NAVRHOVÁNÍ BUDOV S TÉMĚŘ NULOVOU SPOTŘEBOU ENERGIE ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
28
Navrhování nZEB* Ovlivňují potřebu energie na • vytápění • chlazení
• Požadavky na vnitřní prostředí • Stavebně-technické řešení • Technické řešení – Volba energonositele – Koncepce technických systémů
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
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]
Optimalizační úloha s více proměnnými -
Neobnovitelná PE
Příklad požadavku na referenční hodnoty
NOVÉ BUDOVY
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
Paliva
Zdroj tepla
Kotle
Přenos tepla Teplovodní otopná soustava
• Uhlí • Zemní plyn • Bioplyn • Biomasa • Topný olej
Kogenerační jednotky
Energie prostředí
Fototermické kolektory
Parní otopná soustava
• Solární energie • Geotermální energie • Energie vody, země, vzduchu
Tepelná čerpadla
Vzduch
Elektřina ze sítě
Topidla
ENERGO SUMMIT 2016
Horkovodní otopná soustava
Spotřebiče tepla Vytápění místností • Otopná tělesa • Otopné plochy • Vzduch Příprava teplé vody • Průtočná • Zásobníková • Kombinovaná Potřeby VZT • Ohřev • Úprava vlhkosti
Přímo zdrojem
(C) Karel Kabele
Technologická zařízení budov
32
Koncept zásobování teplem Energonositel
Paliva
Zdroj tepla
Kotle
Přenos tepla Teplovodní otopná soustava
• Uhlí • Zemní plyn • Bioplyn • Biomasa • Topný olej
Kogenerační jednotky
Energie prostředí
Fototermické kolektory
Parní otopná soustava
• Solární energie • Geotermální energie • Energie vody, země, vzduchu
Tepelná čerpadla
Vzduch
Elektřina ze sítě
Topidla
ENERGO SUMMIT 2016
Horkovodní otopná soustava
Spotřebiče tepla Vytápění místností • Otopná tělesa • Otopné plochy • Vzduch Příprava teplé vody • Průtočná • Zásobníková • Kombinovaná Potřeby VZT • Ohřev • Úprava vlhkosti
Přímo zdrojem
(C) Karel Kabele
Technologická zařízení budov
33
Koncept zásobování elekřinou Energonositel Elektřina ze sítě
Zdroj elektrické energie pro budovu
Síť
Koncept budovy
Klasické napojení na síť
Paliva • Uhlí • Zemní plyn • Bioplyn • Biomasa • Topný olej Energie prostředí
• Solární energie • Geotermální energie • Energie vody, země, vzduchu ENERGO SUMMIT 2016
Elektrická síť v budově
Nízké napětí (220/380 V)
Kogenerační jednotka
Fotovoltaické kolektory
Chytrá síť
Větrná elektrárna
Vodní elektrárna
Malé napětí (do 50 V)
Ostrovní provoz s akumulací
(C) Karel Kabele
34
Koncept zásobování elekřinou Energonositel Elektřina ze sítě
Zdroj elektrické energie pro budovu
Síť
Koncept budovy
Klasické napojení na síť
Paliva • Uhlí • Zemní plyn • Bioplyn • Biomasa • Topný olej Energie prostředí
• Solární energie • Geotermální energie • Energie vody, země, vzduchu ENERGO SUMMIT 2016
Elektrická síť v budově
Nízké napětí (220/380 V)
Kogenerační jednotka
Fotovoltaické kolektory
Chytrá síť
Větrná elektrárna
Vodní elektrárna
Malé napětí (do 50 V)
Ostrovní provoz s akumulací
(C) Karel Kabele
35
Koncept zásobování chladem Energonositel
Zdroj chladu
Paliva
Kompresorové chlazení
• Uhlí • Zemní plyn • Bioplyn • Biomasa • Topný olej
Absorpční chlazení
Energie prostředí
Trigenerační jednotky
• Solární energie • Geotermální energie • Energie vody, země, vzduchu
Peltierův článek
Elekřina
Přímé chlazení
Přenos chladu
Chladivová soustava
Spotřeba chladu
Chlazení místností
• Konvektory • Plošné chlazeni
Vodní soustava
VZT zařízení
• Ochlazování vzduchu • Úprava vlhkosti
Vzduch Technologie
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
36
Koncept zásobování chladem Energonositel
Zdroj chladu
Paliva
Kompresorové chlazení
• Uhlí • Zemní plyn • Bioplyn • Biomasa • Topný olej
Absorpční chlazení
Energie prostředí
Trigenerační jednotky
• Solární energie • Geotermální energie • Energie vody, země, vzduchu
Peltierův článek
Elekřina
Přímé chlazení
Přenos chladu
Chladivová soustava
Spotřeba chladu
Chlazení místností
• Konvektory • Plošné chlazeni
Vodní soustava
VZT zařízení
• Ochlazování vzduchu • Úprava vlhkosti
Vzduch 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 převažující energonositel zdroj tepla zdroj chladu příprava teplé vody
varianta 2
varianta 3
elektřina, energie okolního prostředí tepelné čerpadlo (90%) plynový kotel Předávací stanice elektrodohřev (10%) kompresorový zdroj kompresorový zdroj tepelné čerpadlo nepřímo ohřívaný zásobník nepřímo ohřívaný zásobník nepřímo ohřívaný zásobník Zemní plyn, elektřina
CZT*, elektřina
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 QnP
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
Neobnovitelná PE QnP
ADMIN – kompenzace max Uem dalším OZE Var 2 CZT + kompresor
Var 1 Plynový kotel + kompresor
Var Var32Tepelné CZT + kompresor čerpadlo
Požadavek na ONZ
Průměrný součinitel prostupu tepla Uem
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
42
ADM – kompenzace max Uem dalším OZE • Podíl OZE potřebný pro splnění požadavků QnPE 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 m2
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
[email protected] Katedra technických zařízení budov Stavební fakulta, ČVUT v Praze http://tzb.fsv.cvut.cz
ENERGO SUMMIT 2016
(C) Karel Kabele
47
