X. Életciklus elemzési szakmai nap
Épületek életciklus szemléletű optimalizációja BME–EM Előadó:
BME – EM 2015.12.09
2015.12.08. Dr. Szalay Zsuzsa, adjunktus, BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék
Dr. Szalay Zsuzsa
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Az EU céljai 2020-ig - Az energia felhasználás csökkentése 20%-kal - Az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése 20%-kal - A megújuló energia arányának 20%-ra növelése a teljes energia felhasználásban
2050-ig - Az üvegházhatású gázok kibocsátásának 80%-kal való csökkentése az 1990 szinthez képest Az épületek - Az EU energiafogyasztásának közel 40%-áért felelősek - Jelentős a költséghatékony megtakarítási potenciál - Szigorodó energetikai szabályozások
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
2. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Közel nulla energiaigényű épületek 2010/31/EU irányelv az épületek energiahatékonyságáról „EPBD Recast”
-
2020. december 31 után valamennyi új épület közel nulla energiaigényű épület legyen; 2018. december 31. után a hatóságok által használt vagy tulajdonukban levő új épületek közel nulla energiaigényű épületek legyenek; A tagállamoknak nemzeti terveket kell készíteni a közel nulla energiaigényű épületek számának növelésére
A közel nulla energiaigényű épület definíciója: - Energetikai minősége magas - Az energiaigény közel nulla vagy nagyon alacsony - Az energiaigényt nagyon jelentős mértékben megújuló energiából kell fedezni Pontos követelményt a tagállamoknak kell kidolgozni BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
3. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
EM.BME.hu
4. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap
Fűtési energiaigény
Beruházási költségek
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
Környezeti hatások
5. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap
Milyen az optimális energetikai célú épületfelújítás?
7/2006 rendelet szerinti?
Alacsony energiaigényű ? Passzívház szint?
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
6. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Milyen az optimális energetikai célú épületfelújítás?
Korlátos erőforrások BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
7. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap
Milyen az optimális energetikai célú épületfelújítás?
Kiindulási állapot
Felújított állapot
Optimális állapot
Cél: a rendelkezésre álló erőforrások minél hatékonyabb használata BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
8. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Épületek életcikluselemzése – EN 15978
Forrás: EN 15978 BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
9. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap Épületek életútja – EN 15978 ÉPÜLET ÉRTÉKELÉS
AZ ÉPÜLET ÉLETCIKLUSÁN TÚL
AZ ÉPÜLET ÉLETCIKLUSA
A5
B1
B2
B3
szcenáriószcenárió
B4
B5
C1
C2
C3
C4
Deponálás
A4
Hulladékfeldoglozás
A3
Szállítás
A2
Bontás
A1
Felújítás
ELŐNYÖK ÉS TERHELÉSEK, A RENDSZERHATÁRON KÍVÜL
Csere
ÉLETÚT VÉGE
Javítás
HASZNÁLAT
Karbantartás
ÉPÍTÉSI FOLYAMAT
Használat
TERMÉK SZAKASZ
Építési folyamat, kivitelezés
D
Szállítás
C 1-4
Gyártás
B 1-7
Szállítás
A 4-5
Nyersanyag kitermelése
A 1-3
szcenáriószcenáriószcenáriószcenáriószcenárió
B6
Újrahasználati-, újrahasznosítási- ill. energetikai hasznosítási potenciál
szcenáriószcenáriószcenáriószcenárió
Üzemeltetési energia felhasználás
szcenárió
B7
Használati víz felhasználás
szcenárió
Forrás: EN 15978 BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
10. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Globális költség
Az Európai Bizottság 244/2012/EU felhatalmazáson alapuló rendelete BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
11. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap Globális költség
20/ 30 éves számítási időszakra
Globális költség 30 évre
=
Kezdeti beruházási költség
+
Összegzett éves költség, jelenértéken
-
Maradványérték az időszak végén, jelenértéken
Az Európai Bizottság 244/2012/EU felhatalmazáson alapuló rendelete BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
12. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Költséghatékonyság az energetikai tanúsításban 176/2008. (VI. 30.) Korm. rendelet az épületek energetikai jellemzőinek tanúsításáról, 2013-ban hatályba lépett új paragrafus: A tulajdonos kérésére az adott épület gazdasági élettartama alatti költséghatékonysági számítás is készíthető a) az MSZ EN 15459 szabványban leírt vagy azzal egyenértékű módszerrel, vagy b) az Európai Bizottság 244/2012/EU felhatalmazáson alapuló rendeletében meghatározott módszertan szerint.
A számításban a legalacsonyabb költséget az energiához kapcsolódó befektetési költségek, a karbantartási és üzemeltetési költségek (ezen belül az energiaköltségek és -megtakarítások, az épület fajtája és adott esetben az előállított energiából származó bevételek), valamint az ártalmatlanítási költségek figyelembevételével kell meghatározni. Amennyiben a tanúsítvány javaslata nem tartalmaz költséghatékonysági számítást, a tanúsítványban fel kell tüntetni, hol kaphat a tulajdonos, illetve a bérlő további információt a felújítások gazdaságosságára és megvalósítására.
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
13. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Családi ház, Felsőgöd
Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
14. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Családi ház, Felsőgöd
Kétszintes családi ház beépített tetőtérrel és részleges pincével - Épült két szakaszban: 1972-1974, ill. 1992 - Teljes nettó alapterület 260 m2 Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
15. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap
Szerkezetek Anyagok
R1- Külső fal U1- Külső fal
30 cm B30 fal 38 cm Porotherm N+F fal
R3- Magastető
15 cm hőszigetelés szarufák között, bitumenes zsindelytető 15 cm hőszigetelés fatartók között, bitumenes zsindelytető
0,27
0,25
0,26
0,25
R4 – Pincefödém
Horcsik födém salakfeltöltéssel
1,18
0,5
U4 – Pincefödém
18 cm mon. vb födém, úsztatott aljzattal Kapcsolt gerébtokos és egyesített szárnyű ablakok Kétrétegű hőszigetelt ablakok
0,59
0,5
2,7-2,8
1,6
2,6
1,6
U5 – Magastető
R - Nyílászárók U - Nyílászárók BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
U-érték (W/m2K) 1,23 0,4
Követelmény U (W/m2K) 0,45 0,45
Szerkezet
16. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Energetikai tanúsítás energopttal
Fűtés: Régi részben fatüzelésű kazán Új részben: áll. hőmérsékletű gázkazán
Energiaigény: - Primer fűtési energiaigény: 189 kWh/m2év - „E” energetikai besorolás (átlagosnál jobb)
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
17. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Milyen az optimális energetikai célú épületfelújítás?
Számított fűtési energiaköltség: 695e Ft/év ! Csökkentsük minél nagyobb mértékben a fűtési energiaköltséget és a globális költséget! BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
18. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Mérnöki optimalizáció: szerkezetenként
Fűtési költség - Grafit EPS falra
Fűtési költség 30 évre [Ft]
23 500 000 22 500 000 21 500 000 20 500 000
Hol a minimum pont?
19 500 000
18 500 000 17 500 000
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
Hőszigetelés vastagsága [cm]
A külső „régi” fal hőszigetelése grafit EPS hőszigetelő anyaggal, eredeti U=1,23 W/m2K BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
19. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap Globális költség 30 év alatt Globális költség - Grafit EPS falra
Globális költség 30 évre [Ft]
23 500 000 22 500 000 21 500 000
20 500 000 19 500 000
18 500 000 17 500 000
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
Hőszigetelés vastagsága [cm]
A külső „régi” fal hőszigetelése EPS hőszigetelő anyaggal, Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014 eredeti U=1,23 W/m2K BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
20. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Egy fal – különböző anyagok
A külső „régi” fal hőszigetelése különböző hőszigetelő anyagokkal Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014 BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
21. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap Egy fal – különböző anyagok
Hőszigetelés kőzetgyapottal a „régi” (U=1,23 W/m2K) és az „új” rész falán (U=0,4 W/m2K) Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014 BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
22. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap Felújítási kombinációk Az épület lehűlő szerkezetei: - Külső fal: 2 féle - Magastető: 2 féle - Pincefödém: 2 féle - Padló/ lábazat: 2 féle - Terasz: 2 féle - Nyílászáró: 23 féle
*
Fűtési rendszer: 2 féle
Felújítási lehetőségek: - Hőszigetelő anyagok: sokféle - Hőszigetelés vastagsága: 2 - ? cm - Nyílászárók: sokféle Fűtési rendszer: sokféle
= 1030 – 1040 kombináció!!!
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
23. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Fűtési energiaköltség
Optimális felújítás
beruházás költsége BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
24. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap Épületenergetikai optimalizáció matematikai modellezése Jól definiált, determinisztikus, parametrizált probléma
1. LÉPÉS
Energetikai modell Termodinamikai modell Egyszerűsített modell
Célfüggvény meghatározása q-érték 2. LÉPÉS EP-érték Globális költség
3. LÉPÉS
Adatbázisok Anyag adatbázis Munkaerő adatbázis
4. LÉPÉS
Optimalizációs eljárások Próbálgatás Klasszikus (egzakt) Heurisztikus (kvázi)
www.energopt.hu Forrás: Dr. Csík Árpád
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
25. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Az energopt szakértői rendszer
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
27. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Source: http://blogs.varsity.co.uk/wp-content/uploads/2011/02/Deep-Blue.gif
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
28. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Mérnök kontra energopt
1. lépés: A meglévő épület fűtési energiaigényének számítása a szakértő rendszer energetikai kiértékelő moduljával 2. lépés: Beruházási költség meghatározása (2-5 M Ft) 3. lépés: Optimalizáció - Azonos adatbázis - Csak az épületburokhoz kötődő intézkedések - Egy gépi optimalizáció időigénye 3 perc egy laptopon, a teljes beruházási költség tartományra kb. 2 óra (Windows 7 operációs rendszer és Intel core i5-450M CPU, 2.4 GHz) - A mérnök ez esetben egy diplomázó hallgató, a rendelkezésre álló idő 1 hónap
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
29. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
EnergOpt eredmények
Szerkezet Hőszigetelés típusa R1 YTONG MULTIPOR (homlokzati) R2 YTONG MULTIPOR (homlokzati) R3 URSA DF 37 OPTIMUM 0.037 R4 none U1 none U2 YTONG MULTIPOR (homlokzati) U3 YTONG MULTIPOR (homlokzati) U4 ROCKWOOL Airrock HD U5 URSA DF 37 OPTIMUM R5 CLIMATIZER PLUS 0.039 erkély-R BACHL LTL EPS 100 erkély-U ROOFMATE SL-A 0.036 Nappali és kamra TEGOLA GEMATHERM X3 (L) Konyha STYROFOAM IB-A 0.038
Hőszigetelés Beruházási A (m2) vastagsága költség (Ft) (cm) 58,69 10 474137 17,78 20 223076 36,36 20 114963 65,67 0 0 58,12 0 0 47,95 6 301359 3,86 20 48422 17,28 5 140555 87,89 20 259406 24,26 20 73371 7,9 20 28476 10,67 10 76704 16,64 4 54210 5,18 14 50025 Forrás: EnergOpt
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
30. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap Az optimalizáció eredménye – EnergOpt
Globlális költség (millió Ft)
14,4 14,2 14,0 13,8 13,6 13,4 13,2 13,0 0,0
BME – EM 2015.12.09.
1,0
Dr. Szalay Zsuzsa
2,0 3,0 4,0 Beruházási költség (millió Ft)
5,0
6,0
31. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap Az optimalizáció eredménye – összehasonlítás
Globális költség (millió Ft)
22
20 18 16 14
12 10
3,0
3,5
4,0 4,5 5,0 Beruházási költség (millió Ft)
Kiindulási
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
Mérnöki
5,5
6,0
EnergOpt
32. dia /34
EM.BME.hu
X. Életciklus elemzési szakmai nap A felújítás hatékonysága - fogalmak
Megtakarítási potenciál
Kiindulási állapot
Felújított állapot
A felújítás hatékonysága
BME – EM 2015.12.09.
Optimális állapot „Beragadt” potenciál
Dr. Szalay Zsuzsa
33. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
A mérnöki felújítás hatékonysága – globális költség alapján
Kiindulási globális költség (Ft) 20 138 428 20 138 428 20 138 428 20 138 428 Beruházási költség (Ft) 3 009 911 3 825 725 4 358 869 5 729 940 Megtakarítási potenciál (Ft) 6 349 773 6 825 349 6 876 676 6 876 676 Éves fűtési költség, Mérnök 475650 425774 390305 307110 Éves fűtési költség, EnergOpt 359291 316245 296763 251060 Beragadt potenciál (%) 55% 48% 41% 24% Felújítás hatékonysága (%) 45% 52% 59% 76%
Éves szinten kb. plusz 100 000 Ft fűtési energia költség megtakarítás az EnergOpttal
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
34. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Energopt rendszer előnyei
- Az épületek energiamegtakarítási potenciál mértékének matematikai módszerekkel történő, tudományosan megalapozott meghatározása - Gyors, automatizált - Genetikus optimalizációs algoritmus - Energetikai tanúsításra is használható
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
36. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Alkalmazási lehetőségek
- Optimalizált költség- és energiahatékony felújítások automatikus tervezése - A fűtési energia és költségmegtakarítás maximalizálása nemzeti és egyéni szinten
- A felújítás optimális beruházási költségének tervezése - Energiahatékonyságot ösztönző támogatási, pályázati rendszer informatikai hátterének megalapozása - Banki hitelkonstrukciók hitelkockázat csökkentése - Környezetterhelés csökkentése BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
37. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Köszönöm a figyelmet
[email protected] [email protected]
www.energopt.hu BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
38. dia /34
X. Életciklus elemzési szakmai nap
EM.BME.hu
Köszönetnyilvánítás A publikáció elkészítése során használt EnergOpt szoftver a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség (korábban Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal) támogatásával került kifejlesztésre a Baross Gábor pályázati program keretein belül. Szerződésszám: ND07ND-INRG5-07-2008-0059. A publikált kutatási tevékenységet a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0041 projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális alap társfinanszírozásával valósult meg. A mérnöki számításokat Váraljai Eszter végezte MSc szakdolgozata keretében.
BME – EM 2015.12.09.
Dr. Szalay Zsuzsa
39. dia /34
