Environmentální a energetické hodnocení dřevostaveb v pasivním standardu
Článek hodnotí stavby z hlediska dopadu na životní prostředí. Představuje exaktní metodu LCA (Life Cycle Assessment) nezávislou na deformovaných cenách energií, vyjadřující mimo souhrnné environmentální dopady výstavby také analýzu souhrnné energetické náročnosti spolu s celkovou bilancí svázaných energií a emisí CO2 pro výstavbu i provoz budov.
1. Úvod
Hodnocení staveb z hlediska dopadu jejich výstavby a provozu na životní prostředí, představuje exaktní metodu nezávislou na dnešních zcela deformovaných cenách energií a jejich neodhadnutelným vývojem.
Proto se ve vyspělých zemích postupně zavádí skutečně objektivní kriterium pro návrh a výběr nejúspornějších stavebních systémů z hlediska udržitelného rozvoje metodou LCA (Life Cycle Assessment), vyjadřující mimo souhrnné environmentální dopady výstavby i analýzu souhrnné energetické náročnosti, spolu s celkovou bilancí svázaných energií a emisí CO2 pro výstavbu i provoz budov která je zároveň objektivní metodou z celospolečenských hledisek.
Současná energetická krize vyspělého světa, kde stavebnictví a provoz budov spotřebují přes 50% všech primárních energetických zdrojů, si nutně vyžádá i zásadní změny v legislativě a povolování staveb, zároveň s povinným hodnocením i celospolečenských aspektů.
2. Metodika hodnocení
Metodika LCA zahrnuje souhrn všech energetických nároků stavby včetně těžby surovin, výroby materiálu, dopravy, montáž, provozní energie a likvidaci, po celou dobu životního cyklu.
3. Výchozí podklady hodnocení
V tab. 3.1 jsou uvedeny hodnoty svázaných energií, tj. suma všech vynaložených energií na těžbu, výrobu, dopravu, montáž základních stavebních materiálů v přepočtu na běžně používané měrné jednotky ve stavební praxi a hodnoty ekvivalentních emisí CO2 uvolněných do ovzduší při těžbě, výrobě, dopravě základních stavebních materiálů (případně vázaných do hmoty dřeva), dle lit.[1].
| materiál | měr. jedn. | kg/m3 | MJ/kg | MJ/měr. jedn. | CO2 (g/kg) | CO2 (kg/měr. jedn.) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| beton | m3 | 2200 | 0,69 | 1518 | 103 | 227 |
| celuloza | m3 | 45 | 7,03 | 316 | -907 | -41 |
| cihelné tvarovky | m3 | 850 | 2,49 | 2116 | 1760 | 1496 |
| dřevo | m3 | 500 | 2,72 | 1360 | -1409 | -704,5 |
| dřevovláknité desky | m3 | 250 | 13,7 | 3425 | -183 | -46 |
| EPS | m3 | 15 | 98,5 | 1478 | 3350 | 50,3 |
| minerální vlna | m3 | 40 | 23,3 | 932 | 1640 | 66 |
| ocel. výztuž | t | 7800 | 22,7 | 22700 | 935 | 935 |
| OSB desky | m3 | 650 | 9,3 | 6058 | -1 168 | -759 |
| sádrokarton | m3 | 900 | 4,44 | 3996 | 200 | 180 |
Tab. 3.1 Svázané energie a ekvivalentní emise CO2 hlavních stavebních materiálů
V tab. 3.2 jsou faktory energetické přeměny (pro přepočty konečných spotřeb na primární zdroje) a produkce emisí CO2 jednotlivých energetických medií používaných v provozu pasivních budov.
| Energie | faktor energ. přeměny (kWh/kWh) | měrná jednotka | ekv. emise CO2 |
|---|---|---|---|
| elektřina | 3,0 | kg/MWh | 680 |
| biomasa - dřevo (krbová kamna) | 0,05 | kg/MWh | 31 |
| solární systém FT | 0,05 | - | - |
| solární systém FV | 0,2 | - | - |
| zemní plyn | 1,1 | kg/MWh | 250 |
Tab. 3.2 Faktory energetické přeměny a produkce emisí energetických medií
4. Technické parametry hodnocených objektů
objekt : pasivní rodinný dům s obytným podkrovím
zastavěná plocha : 9,60 x 8,60 m
celková vnitřní podlahová plocha : 132 m2 - var. A, B; 118 m2 - var. C, D
součinitel prostupu tepla: U = 0,10 W/(m2K)
měrná potřeba tepla na vytápění: 14,8 kWh/(m2a)
spotřeba primární energie : 118 kWh/(m2a)
objemový faktor tvaru : A/V = 0,62
5. Popis hodnocených variant řešení pasivního rodinného domu
Všechny hodnocené varianty jsou uvažovány s teplovzdušnou větrací a otopnou soustavou s rekuperací tepla, centrálním zásobníkem tepla (IZT), solárními panely a teplovodními krbovými kamny.
A: Dřevoskeletová konstrukce založená na betonových mikropilotách, staveništní integrované prefabrikované vazníky podkroví, bezvaznicový systém, obvodový plášť palubky, izolační výplň stěn, stropů, střech zafoukávaná celulóza, okna s trojskly.
B: Dřevoskeletová konstrukce založená na monolitických betonových pasech, staveništní prefa vazníky, bezvaznicový systém, obvodový plášť s tenkovrstvou omítkou, izolační výplň stěn, stropů, střech minerální vlna.
C: Zděná konstrukce založená na monolitických betonových pasech, z lehčených cihelných tvarovek 300 mm s vnějším zateplením EPS, tenkovrstvá omítka, strop přízemí železobetonová deska, krov dřevěný vaznicový, zateplení minerální vlna.
D: Monolitická betonová konstrukce založená na monolitických betonových pasech, do ztraceného bednění ze štěpkových desek s vnějším zateplením EPS, tenkovrstvá omítka, strop přízemí železobetonová deska, krov dřevěný vaznicový, zateplení minerální vlna.
6. Souhrnné bilance svázaných energií a emisí CO2
V tab. 6.1 a 6.2 jsou uvedeny hodnoty svázaných energií ekvivalentních emisí CO2 všech hodnocených alternativ podle podrobných propočtů [2].
| Varianta | Stavební část celkem (GJ) | TZB část (GJ) | Doprava (GJ) | Celkem (GJ) | Celkem (MWh) | Celková hmotnost stavby (t) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 256 | 30,8 | 4,6 | 291,4 | 80,9 | 65,6 |
| B | 388 | 30,8 | 7,4 | 426,2 | 118,4 | 106 |
| C | 465,8 | 30,8 | 29,8 | 526,4 | 146,2 | 212,1 |
| D | 413,5 | 30,8 | 31,1 | 475,4 | 132 | 221,3 |
Tab. 6.1 Souhrnné svázané energie pro varianty A-D
| varianta | CO2 stavební část celkem (t) | CO2 TZB část (t) | CO2 doprava celkem (t) | CO2 CELKEM (t) |
|---|---|---|---|---|
| A | -14,1 | 1,4 | 0,5 | -12,2 |
| B | 12,8 | 1,4 | 0,8 | 15 |
| C | 117,2 | 1,4 | 3,4 | 122 |
| D | 43,6 | 1,4 | 3,5 | 48,5 |
Tab. 6.2 Souhrnné ekvivalentní emise CO2 pro varianty A-D
7. Rekapitulace souhrnných hodnot konstrukčních alternativ A/ ÷ D/
Tab. 7.1 Souhrnná spotřeba svázaných energií konstrukčních alternativ A/ ÷ D/,včetně dopravy
 Tab. 7.2 Souhrnná hmotnost stavebních konstrukcí |
 Tab. 7.3 Ekvivalentní emise CO2 |
Tab. 7.4 Podíl hlavních konstrukcí na souhrnné spotřebě vázaných energií pro jednotlivé konstrukční alternativy
Tab. 7.5 Podíl hlavních konstrukcí na ekvivalentních emisí CO2 pro jednotlivé konstrukční alternativy
8. Potřeby provozních energií - alternativy A/ ÷ D/
| a) vytápění | 1966 kWh/r (24,1%) |
| b) příprava teplé vody - 4 osoby x 550 kWh/os/rok | 2200 kWh/r (26,9%) |
| c) provozní energie TZB | 800 kWh/r (9,8%) |
| d) režijní energie (spotřebiče) - 4 os x 800 kWh/os/rok | 3200 kWh/r (39,2%) |
| Potřeba provozních energií - celkem | 8166 kWh/r |
9. Spotřeby provozních energií - alternativy A/ ÷ D/
| a) vytápění | krbová kamna s výměníkem (n = 0,6) s 60% krytím celoroční spotřeby Er = (1966 x 0,60): 0,6 x 10-3 | 1,97 MWh/r |
| elektroakumulační (n = 0,88) s 40% krytím celoroční spotřeby Er = (1966 x 0,40): 0,88 x 10-3 | 0,89 MWh/r | |
| b) příprava TV | krbová kamna s 20% krytím spotřeby Er = (2200 x 0,2): 0,6 x 10-3 | 0,73 MWh/r |
| elektroakumulační s 20% krytím Er = (2200 x 0,2): 0,88 x 10-3 | 0,50 MWh/r | |
| fototermální ohřev s 60% krytím Er = (2200 x 0,6): 1,0 x 10-3 | 1,32 MWh/r | |
| c) provozní energie | 0,8 MWh/r | |
| d) režijní energie | 3,2 MWh/r | |
| Spotřeba provozních energií - celkem | 9,41 MWh/r | |
10. Přepočet spotřeb provozních energií na primární energie - alternativy A/ ÷ D/
| a) vytápění: | krbová kamna | 1,97 x 0,05 | 0,10 MWh/r |
| elektroakumulační | 0,89 x 3,0 | 2,67 MWh/r | |
| b) příprava TV: | krbová kamna | 0,73 x 0,05 | 0,04 MWh/r |
| elektroakumulační | 0,50 x 3,0 | 1,5 MWh/r | |
| fototermální | 1,32 x 0,05 | 0,07 MWh/r | |
| c) provozní energie | 0,80 x 3,0 | 2,4 MWh/r | |
| d) režijní energie | 3,20 x 3,0 | 9,6 MWh/r | |
| Souhrnná spotřeba primárních energií - celkem | 16,38 MWh/r | ||
11. Přepočet spotřeb provozních energií na emise CO2
| a) vytápění: | krbová kamna | 1,97 MWh x 0,031 | 0,06 t/r |
| elektro | 0,89 x 0,680 | 2,67 t/r | |
| b) příprava TV: | elektro | 0,2 x 0,68 | 0,34 t/r |
| solár | 1,32 x 0 | 0 t/r | |
| krbová kamna | 0,73 x 0,031 | 0,02 t/r | |
| c) provozní energie | 0,8 x 0,68 | 0,54 t/r | |
| d) režijní energie | 3,2 x 0,68 | 2,18 t/r | |
| Celkem emise CO2 | 5,81 t /rok | ||
12. Rekapitulace souhrnných hodnot energií a emisí CO2
Tab. 12.1 Souhrnné bilance svázaných a primárních energií konstrukčních alternativ v průběhu životnosti stavby 50 roků
Tab. 12.2 Souhrnné bilance ekvivalentních emisí CO2 z výstavby a provozu konstrukčních alternativ v průběhu životnosti stavby 50 roků
Tab. 12.3 Porovnání souhrnných bilancí svázaných a primárních energií standardního rodinného domu s pasivním domem v průběhu životnosti
Tab. 12.4 Porovnání ekvivalentních emisí CO2 standardního rodinného domu s pasivním domem v průběhu životnosti
13. Závěr
Zpracované hodnocení konstrukčních variant zahrnující spotřeby svázaných energií a emisí CO2 na komplexní realizaci rodinného domu (bez spotřeb na likvidaci stavby), jednoznačně prokazuje environmentální efektivnost úsporných dřevostaveb, zvlášť v kombinaci s izolanty na bázi celulózy. Na rozdíl od všech ostatních konstrukčních soustav zde dochází k vázání CO2 do hmoty budovy (pro běžný dům až 20 t CO2). U běžné cihelné budovy dochází naopak k ekologické zátěži při výstavbě a provozu až 122 t CO2.
Porovnáme-li, budovu v pasivním standardu odpovídající variantě A s běžnou zděnou budovou vybavenou navíc elektrickým vytápěním, můžeme konstatovat: Souhrnné emise CO2 pro běžnou výstavbu s elektrickým vytápěním činí až 1534 t, tedy až o 500 % více než pro obdobný dům v pasivním standardu.
Ještě zásadnější rozdíly jsou však při srovnání náročnosti vlastního vytápění, kdy svázané energie běžné výstavby jsou až o 700 % vyšší vůči pasivnímu standardu a emise CO2 dokonce o 800 % vyšší. Při řešení konkrétních projektů rodinných domů se mohou tyto údaje pochopitelně lišit, tendence budou ale shodné.
Literatura:
(1) Waltjen, T.: Ökologischer Bauteilkatalog. Bewertete gängige Konstruktionen, Springer-Verlag/Wien
(2) Souhrnné bilance svázaných energií a ekvivalentních emisí CO2 jednotlivých stavebních dodávek a prací variant A/÷D/. Nepublikované podklady k výpočtům. ATREA, s.r.o.
(3) Gemis CZ: Environmentální hodnocení nákladní dopravy