ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov
Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Pracovní materiály pro výuku předmětu.
© M.Kabrhel
1
Obsah
Představení Časový plán semestru Obsah předmětu Přehled literatury Zakončení předmětu Energetická náročnost budov
© M.Kabrhel
2
1
Obnovitelné zdroje energie
© M.Kabrhel
3
Počet obyvatel dle zemí
http://en.wikipedia.org/wiki/File:World_population.svg http://gnosis9.net/
Počet obyvatel v mil. (3/2009) V roce 0 žilo na světě 160 mil. obyvatel, v roce 2014 7200 mil. obyvatel
125BUE
4
2
Vývoj počtu obyvatel • Vývoj počtu obyvatel ve světě a v regionech
http://en.wikipedia.org/wiki/World_population
© M.Kabrhel
5
Situace v Evropě • 40% veškeré energie v Evropě spotřebovávají budovy – 65% spotřeby budov tvoří domácnosti
ČR - spotřeba energie Domácnosti 26% Služby 9% Celkem přibližně 35%
teplo
teplá voda
chladnička
sporák
pračka
osvětlení
pv.trouba
vysavač
TV a video
rv.konvice
žehlení
rádio
60% budov na Evropském trhu je starší více než 25 let 125BUE
6
3
Složení atmosféry Podíl v jednotkovém objemu
Plyn Dusík
78,084 %
Kyslík
20,946 %
Argon
0,934 %
CO2
0,035 %
Neon
0,00182 %
Helium
0,000524 %
Metan
0,00017 %
Krypton
0,00014 %
Vodík
0,000055 %
1% 21%
78%
vodní kapičky, ledové krystalky a různé znečišťující příměsi původu přírodního (prachové částečky, pylová zrna) i antropogenního (produkty člověka)
0,04% 0,04% 0,03% 0,03% 0,02% 0,02% 0,01% 0,01% 0,00% CO2
Neon
Helium
Metan
Krypton
Vodík 7
Globální oteplování • Výraz globální oteplování, resp. změna klimatu, je v současnosti používán především pro poslední oteplování, které započalo na začátku 20. století a projevuje se jednoznačným a pokračujícím růstem průměrné teploty klimatického systému Země a které je, dle názoru většiny vědců, silně ovlivněno aktivitami člověka. • Vědecký panel IPCC vydává v pravidelných šestiletých cyklech tzv. "hodnotící zprávy", které provádějí souhrny relevantní vědecké literatury v oboru. • Hodnotící zpráva (2013-2014) - 840 autorů z 38 zemí - uvádí, že vědci jsou si na 95—100 % jisti, že většina současného globálního oteplování je způsobena zvýšenými koncentracemi skleníkových plynů a že k navyšování koncentrací dochází v důsledku lidských aktivit a že primární příčinou nárůstu teplot jsou emise CO2 v důsledku lidské činnosti především spalováním fosilních paliv a změnami využití krajiny jako je odlesňování. – Teplota na Zemi vzroste do konce století o 0,3 až 4,8 stupně Celsia v závislosti na množství spálených fosilních paliv. – Hladina světového oceánu se zvýší do roku 2100 o 26 až 82 centimetrů. http://cs.wikipedia.org/wiki/Glob%C3%A1ln%C3%AD_oteplov%C3%A1n%C3%AD
4
Snižování emisí CO2 • • • •
Větší účinnost využívání energie Obchodovatelná emisní povolení Obnovitelné zdroje energie Nové technologie využití fosilních paliv (dosud zaměřovány na snížení množství polutantů jiných než CO2) • Významný přesun z uhlí na plyn (spalování plynu produkuje pouze polovinu množství CO2na jednotku energie, než spalování uhlí) • Separace a zachycování CO2při spalování fosilních paliv a jeho injektování do hlubokomořských sedimentů nebo do podzemních prostor (zásobníků). • Jaderná energie 125BUE
9
Úsporné domy Nízkoenergetické domy - domy se spotřebou energie na vytápění ≤ 50 kWh/(m2.rok) Pasivní domy – domy se spotřebou energie na vytápění ≤ 15 kWh/(m2.rok) Nulové domy – domy jejichž celoroční spotřeba energie na vytápění je ≤ 5 kWh/(m2.rok) Domy s téměř nulovou spotřebou energie Aktivní domy – domy s přebytkem výroby energie
Earch.cz
125BUE
10
5
Legislativa a energie Energetická politika EU – začleněno do dalších odvětví (obchod, průmysl EU), regulace vlivem politiky životního prostředí, vnitřního trhu a obchodní politiky. Zvlášť řešena energie jaderná. Cíle: Snižování závislosti na dovozu energie, efektivní využívání vlastních zdrojů, bezpečnost, konkurenceschopnost, udržitelnost Snížení závislosti na dovozu energiepodpora obnovitelných zdrojů energie Snížení produkce skleníkových plynů oproti 90. létůmEmisní povolenky ETS (Cena povolenky (EUR) v 2012 – 186, 2013 – 113, 2014 – 5, 2015 - 8) – zvýhodněny jsou tak nyní fosilní zdroje 125BUE
11
Legislativní proces • Směrnice o energetické náročnosti budov (EPBDI) 2002/91/EC – Tvorba norem a předpisů podporujících snižování energetické náročnosti budov – ČR zákon 406/2006 Sb. o hospodaření energií – Požadavky na energetickou náročnost budov – Systém certifikace budov – Kontrola kotlů a klimatizačních zařízení
• Aktualizace v 8.6.2010 (EPDBII) 20-20-20 – Snížení emisí C02 o 20% do roku 2020 – Snížení energetické náročnosti budov o 20% – Pokrytí 20% spotřeby energie z obnovitelných zdrojů 125BUE
12
6
Situace v ČR
Národní cíle pro využití OZE dle směrnice EU (2009/28/ES)
125BUE
13
Zákon 201/2012 Sb. o ochraně ovzduší • Leden 2014 není možné prodávat kotle z první a druhé emisní třídy podle normy ČSN EN 303-5 a tyto kotle je možné provozovat jen 10 let - do roku 2022. Poté je nutné zakoupit kotel nový splňující 3. emisní třídu. • Leden 2017 – povinnost předložit na základě požadavku obecního úřadu s rozšířenou působností revizi domácího kotle na tuhá paliva • leden 2018 – ukončení prodeje kotlů na tuhá paliva 3. emisní třídy • září 2022 – od této doby už nebude možné provozovat kotle nižších emisních tříd tj. 1. a 2. třída dle ČSN EN 303-5. Domácnosti budou muset prokázat, že jejich kotel splňuje podmínky minimálně 3. emisní třídy. 125BUE
14
7
Prognóza vývoje - OZE v ČR • Celkový energetický potenciál OZE v ČR odhadnut na 25 % současné spotřeby • Do roku 2020 se předpokládá využití zhruba 50 % teoretického potenciálu OZE • Dominantním zdrojem bude biomasa
http://energetika.tzb-info.cz/ 125BUE
15
Pojmy souvisící s obnovitelnými zdroji Obnovitelné zdroje energie - obnovitelné nefosilní zdroje energie (vítr, sluneční energie, geotermální energie, energie vody, biomasa, plyn ze skládek, z čistíren odpadních vod a bioplyny). Alternativní zdroje energie – zdroje energie poskytující alternativu ke zdrojům tradičním, využívajícím fosilní paliva (netradiční zdroje energie) Trvale udržitelný rozvoj – hospodářský a společenský pokrok s plnohodnotným zachováním životního prostředí Kyótský protokol – závazek snižování emisí skleníkových plynů do 2010. Prodlouženo do 2020 (EU+Austrálie). Neratifikováno, nesouhlas USA, Čína. Jednotka AAU (jednotka přiděleného množství, Assigned Amount Unit) je jednotka definovaná v rámci Kjótského protokolu, která představuje obchodovatelné právo státu vypustit do ovzduší jednu tunu emisí skleníkových plynů v období 2008 – 2012. Přebytek svých jednotek mohla země, která snížila emise víc, než se v Kjótském protokolu zavázala, prodat ostatním zemím. European Union Emission Trading Scheme (EU ETS), kterého se jako členský stát EU účastní i Česká republika, je systém povolenek mezi jednotlivými znečišťovately ovzduší v rámci Evroského společenství - v ČR cca 330 firem (zákon č. 383/2012
Sb.) © M.Kabrhel
16
8
Obnovitelné zdroje
• • • • •
Obnovitelným zdrojem pro výrobu tepelné energie: a) sluneční energie, b) geotermální energie, c) biomasa v zařízeních do 20 MWt, d) bioplyn, e) palivové články.
© M.Kabrhel
17
Obnovitelné zdroje energie • • • • • • •
Obnovitelné zdroje energie pro výrobu elektřiny: a) vodní energie v zařízeních do 10 MWe, b) sluneční energie, c) větrná energie, d) biomasa v zařízeních do 5 MWe, e) bioplyn, f) palivové články, g) geotermální energie.
© M.Kabrhel
18
9
Příklad budovy • Cascadia Center for Sustainable Design and Construction (3623 m2) •
Snaha vytvořit nejšetrnější současnou komerční budovu
19
Nástroje pro snižování energetické náročnosti • Energetický audit- soubor činností, jejichž výsledkem jsou informace o způsobech a úrovni využívání energie v budovách a v energetickém hospodářství • Legislativa: Zákon 406/2000Sb. (znění 318/2012Sb.), Vyhláška 480/2012Sb. Zákonem byla určena povinnost prokázat vypracování energetického auditu budovy. • Energetický auditor – osoba zapsaná v seznamu auditorů – přezkoušená osoba splňující požadavky zákona
Energy audit
© M.Kabrhel
20
10
Energetický audit • Výstup: Soubor opatření snižující energetickou náročnost budov Vypracované varianty ekonomicky a ekologicky posouzeny nebo Soubor textových materiálů pečlivě uložený pro případ kontroly Svět vs. ČR © M.Kabrhel
21
Vyhláška 78/2013 Sb. – klasifikace
• Na základě splnění ukazatelů energetické náročnosti budovy • Třída energetické náročnosti budovy (hlavní ukazatel) – Hlavní ukazatel třídy EN – celková dodaná energie – ER – požadovaná hodnota EN referenční budovy (celková dodaná energie) Klasifikační třída A B C D E F G
Hodnota pro horní hranici 0, 5 x ER 0, 75 x ER ER 1,5 x ER 2 x ER 2,5 x ER
Slovní Velmi úsporná Úsporná Vyhovující Nevyhovující Nehospodárná Velmi nehospodárná Mimořádně nehospodárná © M.Kabrhel
22
11
© M.Kabrhel
23
Primární energie „..energie, která neprošla žádným procesem přeměny, celková primární energie je součtem obnovitelné a neobnovitelné primární energie..“ 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 neuvedené energonositele
Faktor primární energie (-) 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
© M.Kabrhel
24
12
Energetický štítek obálky budovy • Vyjádřením stavebněenergetických vlastností konstrukcí domu • Klasifikační ukazatel Cl • Porovnání průměrného součinitele prostupu tepla s normovým součinitelem
© M.Kabrhel
25
Financování energeticky úsporných opatření • Vlastní prostředky investora • Programy MŽP nebo MPO Státní fond životního prostředí přerozdělování poplatků ze znečišťování žp, zlepšování žp podpora instalace OZE, národní programy podpora informačních systémů (Ekolist,…) • Evropské fondy a projekty (Intelligent Energy Europe ) • Energy Performance Contracting (EPC)-Investor splácí investici z dosažených úspor nákladů na energii.
© M.Kabrhel
26
13
Ekonomické hodnocení • Ekonomická životnost (n1) – doba, po které je ziskové vyměnit zařízení za nové (a, roky), používáme pro hodnocení
• Technická životnost (n2) – doba, po kterou zařízení dokáže pracovat (a, roky) – PC má technickou životnost 10 let, ekonomickou 3 roky (včetně software)
• Příklady životnosti zařízení v projektech (NW) – – – – –
Konstrukce Stavební konstrukce Potrubní rozvody Zásobník TV Tepelná čerpadla Termostatické hlavice
n2 60 30 15 15 15
n1 30 15 15 15 10
© M.Kabrhel
27
Cena energie • Dům ztráta 7 kW, TV 4 osoby 1 kWh=3,6 MJ
© M.Kabrhel
28
14
KONEC
© M.Kabrhel
29
15
