1/69
Hodnocení budov - přístupy
Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní ČVUT v Praze
2/69
Jaké budovy chceme?
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
3/69
Jaké budovy chceme? Traditional teepee, Taos, New Mexico
Mode-Gakuen Spiral Towers: Nagoya, Japan
minimalizace neobnovitelné primární energie
4/69
Termíny
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
5/69
Termíny
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
6/69
Termíny
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)
7/69
Hodnocení energetické náročnosti budov
potřeba uživatelů
dodaná energie do budovy
bilance primární energie
8/69
Hodnocení energetické náročnosti budov paliva konverze na energonositele
technické systémy účinnosti
požadavky
9/69
Bilance primární energie
10/69
Primární energie
neobnovitelná
fosilní paliva
jaderná energie
obnovitelná
sluneční záření
větrná energie
energie prostředí
biomasa
... co je primární energie v případě OZE? původem vše sluneční energie ...
11/69
Primární neobnovitelná energie
při hodnocení energetické náročnosti se jedná logicky o bilancování a hodnocení primární neobnovitelné energie
vliv na životní prostředí
emise CO2
použití obnovitelných zdrojů energie snižuje potřebu neobnovitelné primární energie
12/69
Faktory primární energie
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.
13/69
Výpočet potřeby primární energie
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
14/69
Faktory primární energie (EN 15603)
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.
15/69
Faktory neobnovitelné prim. energie F
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
-1,0
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
vyhláška 78/2013 Sb.
16/69
Výpočet potřeby primární energie
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
17/69
Faktory pro elektrickou energii v Evropě
FR
DE
NL
PL
ES
SE
UK
% RE
12.8
10.3
4.2
2.7
22.3
50.2
4.7
FE
2.58
2.60
2.56
3.00
2.60
2.00
2.92
3,5
F [kWh/kWh]
3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0
10
20
30 RE [%]
40
50
60
18/69
Faktory pro elektrickou energii v Evropě
většina EU států používá faktor FE = 2.6
s rostoucím podílem OZE v mixu evropských zemí
v roce 2020: předpoklad FE = 2,0
dopady?
nízké hodnoty FE budou stimulovat přechod od spalování fosilních paliv na vytápění elektřinou
nízké hodnoty FE nebudou stimulovat přechod na efektivní spotřebiče
nízké hodnoty FE nebudou stimulovat přechod na lokální OZE
19/69
Konverzní faktory neobnovitelná primární energie
energo nositel
Fsolární = 0 1 kWh
0.0 kWh
Fzemní plyn = 1.1 1 kWh
1.1 kWh
Felektřina = 3.0 3.0 kWh
1 kWh
Felektřina = -3.0 1 kWh
-3.0 kWh
20/69
Faktory primární energie
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
21/69
Faktor využití primární energie PER souhrnné kritérium náročnost zařízení / soustavy na primární energii poměr mezi energií dodanou pro krytí potřeb energie Q a potřebou primární energie PE
Q h PER PE F h je provozní účinnost celé soustavy, vztažená k energetickému obsahu paliv
22/69
Faktor využití primární energie
23/69
Příklady PER pro různé zdroje tepla 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
∞
Zdroj tepla / energonositel
24/69
První vlaštovka
Pasivní dům
25/69
Pasivní dům - definice
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)
26/69
Pasivní dům
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
27/69
PassiveHaus Institute (PHI)
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)
28/69
Trend k pasivním domům
29/69
TNI 73 0329 (Tywoniak a kol.)
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
potřeba neobnovitelné primární energie < 60 kWh/m2.rok
+ klasifikace do tříd
< 20 kWh/m2.rok
30/69
Porovnání přístupů
počet kritérií měrná potřeba tepla na vytápění vzduchotěsnost n50
měrná potřeba neobnovitelné primární energie
TNI
PHPP
7
5 + dílčí
< 20 kWh/m2.rok
< 15 kWh/m2.rok
< 0,6 /h
< 0,6 /h
< 60 kWh/m2.rok
< 120 kWh/m2.rok
TNI: vytápění, teplá voda, pomocná energie PHPP: vytápění, teplá voda, pomocná energie, uživatelská energie (spotřeba el. spotřebičů cca 60 kWh/m2.rok)
31/69
ČSN 73 0540-2 (Tywoniak a kol.) kritéria pro pasivní dům
rozšíření i na další než obytné budovy
32/69
EPBD 2010/31/EU
33/69
Směrnice EPBD
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, ...
34/69
Směrnice EPBD
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.
35/69
Směrnice EPBD
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?
36/69
Využití místně dostupných zdrojů US military, Afghanistan
37/69
Směrnice EPBD
budovy obálka domu jako hranice
pozemek, zahrada plot jako hranice správní území (distrikt) územní jednotka, čtvrť, obec, ... ČR, Evropa ...
vlastnické právo
38/69
Vyhláška 78/2013 Sb.
Uem
nPE
39/69
Co to prakticky znamená? 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
40/69
Téměř nulová budova (podle vyhlášky)
budova zateplená
vytápěná plynovým kondenzačním kotlem
bez obnovitelných zdrojů energie (porušuje definici zákona!)
v konkrétním uvedeném případě (111 m2)
součinitel Uem = 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“?
42/69
Co je vlastně samotná nula?
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
43/69
Počátky
Fraunhofer ISE house
44/69
Budoucnost
stavět soběstačné budovy v oblastech se sítěmi je nesmysl ekonomický i energetický
45/69
Co je vlastně samotná nula?
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
46/69
Snaha o systémový přístup ČSN 73 0540-2:2011, informativní příloha
Neobytné budovy
Obytné budovy
Závaznost kriteria
Nulový Blízký nulovému
Požadovaná hodnota
Doporučená hodnota
Průměrný součinitel prostupu tepla Uem [W/(m2K)]
Měrná potřeba tepla na vytápění [kWh/(m2a)]
Rodinné domy ≤ 0,25 Bytové domy ≤ 0,35
Nulový Blízký nulovému
≤ 0,35
Rodinné domy ≤ 20 Bytové domy≤ 15
≤ 30
Požadovaná hodnota podle zvolené úrovně hodnocení Měrná primární energie [kWh/(m2a)] Úroveň A
Úroveň B
0
0
80
30
0
0
120
90
úroveň A: vytápění, teplá voda, pomocná energie, uživatelská energie úroveň B: vytápění, teplá voda, pomocná energie
47/69
metoda hodnocení
48/69
Bilance primární energie pro budovu
Edod Eexp
PE Edod Fdod,i Eexp Fexp,i i
Fdod,i se nemusí rovnat Fexp,i
nadřazená síť
49/69
Bilance primární energie pro budovu
3000 x 3.0
Bilance síťové EE 3000 kWh/rok
Bilance PE 9000 kWh/rok
potřeba domu EE: 3000 kWh/rok
50/69
Bilance primární energie pro budovu produkce 1000 kWh/rok
2000 x 3.0
1000 x0
Bilance síťové EE 2000 kWh/rok
Bilance PE 6000 kWh/rok
potřeba domu EE: 3000 kWh/rok
51/69
Bilance primární energie pro budovu 1000 x -3.0 2000 x 3.0
produkce 2000 kWh/rok
1000 x0
Bilance síťové EE 2000 kWh/rok
Bilance PE 3000 kWh/rok
potřeba domu EE: 3000 kWh/rok
52/69
Bilance primární energie pro budovu 3000 x -3.0 2000 x 3.0
produkce 4000 kWh/rok
1000 x0
Bilance síťové EE 2000 kWh/rok
Bilance PE -3000 kWh/rok
potřeba domu EE: 3000 kWh/rok
53/69
Bilance primární energie pro budovu 1000 x -3.0 0 x 3.0
produkce 4000 kWh/rok
3000 x0
Bilance síťové EE 0 kWh/rok
Bilance PE -3000 kWh/rok
potřeba domu EE: 3000 kWh/rok
54/69
Příklad pro RD rodinný dům v pasivním standardu vytápěná plocha 150 m2
potřeba tepla vytápění
3000 kWh/rok
potřeba tepla teplá voda
3000 kWh/rok
celková dodaná energie
6600 kWh/rok
pomocná energie (elektřina)
300 kWh/rok
55/69
Varianty elektrokotel plynový kondenzační kotel tepelné čerpadlo kotel na pelety elektrokotel + solární soustava pro ohřev vody plynový kondenzační kotel + solární soustava pro ohřev vody
56/69
Bilance primární energie pro budovu 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 m2
0
Zdroj tepla / energonositel
2000 1,00 kWh/rok
57/69
Bilance primární energie pro RD 0 kWh/m2.rok 69 m2 FV 29 m2 FV 35 m2 FV
30 kWh/m2.rok
9 m2 FV 26 m2 FV 21 m2 FV 49 m2 FV 21 m2 FV
FE,exp = -3.0
FV produkce 100 kWh/m2
58/69
Koncepce nulového domu x podpora FV?
Edod nadřazená síť
Eexp
PE E dod E exp Fi i
od 2014: zastavení podpory FV systémů
59/69
Varianty metody 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
60/69
Pasivní domy a další (PHI)
61/69
Pasivní domy a další (PHI)
62/69
další systémy certifikace budov
63/69
Certifikační systémy
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
64/69
Certifikační systémy
65/69
LEED (Core & Structure) 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)
66/69
LEED / podsystémy
New Construction and Major Reconstructions (NC) 2009
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
pro novostavby a výrazné přestavby (pokud je pro větší část budovy znám nájemce)
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.
67/69
BREEAM 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% Unclassified (Neklasifikováno)
≥ 30% Pass (Dostatečný)
-
*
≥ 45% Good (Dobrý)
**
≥ 55% Very good (Velmi dobrý)
≥ 70% Excellent (Vynikající)
≥ 85% Outstanding (Mimořádný)
***
****
*****
68/69
BREEAM - etapy
Pre-Assessment (Prvotní zhodnocení)
Design Stage (Projekční fáze)
vedoucí k seznámení s projektem a stanovení cílů 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)
69/69
... jsou to jenom výpočty
