PergolyEnergetická náročnost výroby stavebních materiálů a její dopad na celkovou energetickou bilanci budov
V dnešní době, kdy se klade čím dál větší důraz na udržitelnost a snižování emisí, je energetická náročnost budov klíčovým faktorem. Důležitým aspektem je nejen provozní spotřeba energie, ale také energetická náročnost samotné výroby stavebních materiálů. Až dosud se při hodnocení energetické náročnosti budov věnuje pozornost spotřebě energie při provozu budov, a z toho zejména spotřebě energie při vytápění.
Hodnocení energetické náročnosti budov (EPB) a výstavby budov (EVB)
Pokud jde o energetickou náročnost provozu budov, ta je poměrně dobře zvládnutá nejen výpočtově, ale i z hlediska naměřených údajů ze skutečného provozu. Naproti tomu zpracování problematiky energetické náročnosti výstavby budov není zdaleka na takové úrovni. Existují sice tabelární hodnoty některých stavebních a tepelně izolačních materiálů, kovových materiálů a plastů, popř. vnějších svislých a střešních konstrukcí budov a příček, ale většinou jde o informativní hodnoty staršího data, takže i hodnocení souhrnné energetické náročnosti budov má v současnosti informativní charakter. Přesto považujeme předložený příspěvek za užitečný, neboť ukazuje problém energetické náročnosti budov z dalšího, dosud neuplatňovaného hlediska.
Souhrnná energetická náročnost výstavby a provozu budov se může hodnotit na různé úrovni, např. celé budovy nebo bytu nebo jen těch částí budovy, které mají rozhodující význam z hlediska úspory energie v kombinaci s vytápěcím zařízením. Souhrnná energetická náročnost výstavby a provozu budov se může hodnotit na různé úrovni. Může se řešit pro celou budovu, nebo byt, anebo jen pro ty části budovy, které mají rozhodující význam z hlediska úspor energie. Ve druhém případě se může týkat jen tepelně izolačního materiálu použitého pro dodatečné tepelné izolování obvodového pláště budov, samotného obvodového pláště a obvodového pláště v kombinací s vytápěcím zařízením, popř. dalšími technickými zařízeními použitými pro zásobování budovy teplem.
Energetická bilance tepelně izolačních materiálů
Je všeobecně známá tendence zmenšovat spotřebu energie při vytápění různými opatřeními. Jedním z nejčastějších opatření je zlepšování tepelně technických vlastností obvodových plášťů budov. Zvětšování tepelného odporu stavebních konstrukcí z daného materiálu vede obvykle ke zvětšování tloušťky konstrukcí, tedy ke zvětšení spotřeby materiálu. Uvedeným opatřením se získává na jedné straně úspora energie při provozu budovy (při vytápění), na druhé straně se zvětšuje spotřeba energie na jeho výrobu. Při vyhodnocení souhrnné energetické náročnosti tepelně izolačního materiálu použitého jako součásti obvodové stěny budovy lze vycházet z následující úvahy. Využití tepelně izolačního materiálu v obvodové stěně budovy je výhodné tehdy, když je spotřeba tepla k pokrytí tepelné ztráty budovy menší než spotřeba energie k výrobě daného množství tepelně izolačního materiálu.
Má se stanovit energetická bilance pěnového polystyrenu (EPS) při jeho použití jako obvodové stěny budovy, tj. bilance průběhu provozní spotřeby energie při vytápění a jeho výrobní energie, a to v závislosti na tloušťce d. Výrobní energie EPS = 81 GJ/t, což představuje při uvažování hustoty EPS ρ = 25 kg/m3 hodnotu 562,5 kWh/m3. Přičemž se počítá s životností stěny z EPS 30 roků a plochou stěny 1 m2. Na základě této úvahy se zjistilo, že rovnovážný stav těchto složek v jejich energetické bilanci, např. u pěnového polystyrenu (EPS), nastane při tloušťce EPS drov ≈ 0,44 m. Z toho plyne, že z hlediska bilance provozní a výrobní energetické náročnosti je výhodná tloušťka obvodové stěny z pěnového polystyrenu tehdy, když je větší než dEPS > 0,44 m, protože až teprve od této tloušťky se spotřebuje při jejím použití v obvodové stěně menší množství energie při provozu než se vložilo do její výroby. Z tabulky a obrázku je vidět, že se vzrůstající tloušťkou EPS velmi rychle klesá spotřeba tepla při vytápění (provozní energetická náročnost EPB), avšak zároveň vzrůstá výrobní energetická náročnost EVB.
Čtěte také: od suroviny až po hotový cement
Uvedený příklad má ilustrační charakter energetické bilance výrobní a provozní energetické náročnosti tepelně izolačního materiálu, protože její stanovení je zjednodušeno, jak se můžeme přesvědčit z popisu této problematiky v části práce [4], kde jsou vyjmenovány všechny podstatné vlivy působící na tuto energetickou bilanci. V tabulce 2 jsou uvedeny hodnoty energetické náročnosti výrobní a provozní pro různé druhy obvodových stavebních konstrukcí, viz [3]. Podíl energetické náročnosti výrobní a provozní (%) pro uvedené konstrukce je v závislosti na tepelném odporu konstrukcí uveden na obr. 2.
Pro srovnání energetické náročnosti vybraných obvodových konstrukcí je možné použít následující tabulku:
| Číslo | Konstrukce | R [m²K/W] | U [W/(m²K)] | EVB [MJ/m²] | EPB [MJ/m²] | Podíl ε = EVB / EPB (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | cihelná zeď 375 mm | 0,7 | 1,43 | 100 | 5000 | 2,0 |
| 2 | panel z plynosilikátu 300 mm | 1,2 | 0,83 | 150 | 3000 | 5,0 |
| 3 | panel keramický 30 mm | 0,2 | 5,00 | 50 | 15000 | 0,3 |
| 4 | panel keramický 300 mm s 50 mm EPS | 3,0 | 0,33 | 250 | 1000 | 25,0 |
| 5 | ŽBP 240 mm s 80 mm EPS | 3,5 | 0,29 | 300 | 800 | 37,5 |
| 6 | ŽBP 300 mm s 80 mm PPS | 4,0 | 0,25 | 350 | 600 | 58,3 |
| 7 | ŽBP 240 mm se 140 mm EPS | 5,0 | 0,20 | 400 | 400 | 100,0 |
| 8 | ŽBP 290 mm s 240 mm EPS | 8,0 | 0,125 | 500 | 200 | 250,0 |
Z grafu (obr. 2) a tabulky je patrné, že se zvětšujícím se tepelným odporem konstrukce se zvětšuje podíl výrobní energetické náročnosti vztažený na provozní energetickou náročnost. U stavebních konstrukcí se zjišťuje, že se zvětšujícím se tepelným odporem konstrukce se zvětšuje podíl výrobní energetické náročnosti vztažený na provozní energetickou náročnost. V příspěvku se prokazuje, že zlepšování tepelně technických vlastností obvodových plášťů budov má podstatný vliv na zmenšení energetické náročnosti pořízení materiálů na vytápěcí soustavy.
Příklad výpočtu energetické náročnosti vytápěcího systému
V této části se připojuje k energetické náročnosti výroby svislého obvodového pláště EVB ještě energetická náročnost výroby prvků vytápěcí soustavy EVTZ. Uvažuje se, že spotřebu materiálu potřebného pro pořízení vytápěcí soustavy tvoří převážně spotřeba oceli pro potrubí a spotřeba litiny či oceli pro otopná tělesa. Jsou zanedbány hmotnosti drobných armatur v odběrném místě, na stoupačkách a na otopných tělesech. Také jsou zanedbány hmotnosti tepelné izolace ležatého potrubního rozvodu. Ohřev vody se předpokládá v bytových elektrických zásobníkových ohřívačích s příkonem 3 kW. Jde o bytový dům se 4 nadzemními podlažími (NP) bez podzemního podlaží (PP). Budova sestává ze dvou sekcí (vchodů) a má 24 bytů (obr. 3). Uvažují se 4 varianty provedení stavebních konstrukcí A až D, dané typickými součiniteli prostupu tepla U neprůsvitnými a průsvitnými konstrukcemi (tab. 3). Součinitelé U představují vlastnosti stavebních konstrukcí pro určité vývojové etapy výstavby bytových domů. V dané tabulce jsou uvedeny tepelné ztráty budovy, bytu a roční potřeba tepla na vytápění 1 bytu. Budovy vyzděné z plných cihel jsou zařazeny do var. A, objekty panelové do var. B, objekty současné jsou zařazeny do var. C a nízkoenergetické objekty do var. D. Konstrukční výška jednotlivých podlaží budov se uvažuje jednotná pro všechny varianty objektů ve výši 2,8 m. Budova má 80 oken o rozměru 1,8 x 1,5 m. Tepelné ztráty budovy prostupem byly stanoveny obálkovou metodou. Tepelné ztráty budovy větráním byly stanoveny pro intenzitu výměny vzduchu 0,5 l/h.
Vytápěcí soustava budovy je uvažována jako teplovodní uzavřená dvoutrubková vertikální se spodním rozvodem a s nuceným oběhem. Má 10 stoupaček (obr. 4), na které jsou oboustranně napojena otopná tělesa. Celkový počet otopných těles je 80. Z odběrného místa (obr. 3) vychází jedna uzavíratelná souproudá (tichelmanská) větev s ležatým rozvodem uloženým v kanálku v podlaze 1. NP. Ležatý rozvod je reprezentován střední hodnotou jmenovitého průměru (DN) (tab. 4). Vytápěcí soustava v budově nemá vlastní zdroj tepla. Je napojena přes odběrné místo v 1. NP s hlavními uzávěry a s fakturačním měřičem tepla na vnější teplovodní potrubní síť. U var. A a B jsou výpočtové teploty oběhové vody 92,5/67,5 °C. Potrubní rozvody jsou svařeny z ocelových bezešvých hladkých trubek. U var. C a D jsou výpočtové teploty oběhové vody 75/60 °C. Potrubní rozvody jsou z ocelových bezešvých tenkostěnných trubek spojovaných pomocí lisovacích fitinků.
Čtěte také: historie a výzvy v cementářství
Spotřeba oceli pro potrubí (tab. 4) a spotřeba litiny či oceli pro otopná tělesa (tab. 5) je v uvedena v tabulkách pro celou budovu. Celková spotřeba oceli a litiny (tab. 6) je znázorněna v tabulce.
| Varianta | Spotřeba oceli pro potrubí [t] | Spotřeba litiny/oceli pro otopná tělesa [t] | Celková spotřeba kovů [t] |
|---|---|---|---|
| A | 1,5 | 1,2 | 2,7 |
| B | 1,3 | 1,0 | 2,3 |
| C | 1,0 | 0,8 | 1,8 |
| D | 0,8 | 0,6 | 1,4 |
Energetická náročnost na pořízení tuny kovových materiálů vytápěcí soustavy (tab. 7) byla stanovena pomocí podkladů [1] a [2]. Přihlíželo se k náročnosti na výchozí polotovar (litina, ocel), na dopravu polotovaru do výroby po železnici, na výrobu produktů (otopných těles a trubek), na dopravu produktů na stavbu po silnici a na montáž produktů na stavbě vč. staveništní dopravy. Energetická náročnost na výrobu deskových otopných těles byla převzata přímo z interních výkazů výrobce těchto těles. Energetická náročnost na výrobu litinových otopných těles a na výrobu ocelových trubek byla odvozena z náročnosti na výrobu deskových těles. Energetická náročnost na montáž produktů na stavbě vč. staveništní dopravy byla odvozena ve výši 10 % z náročnosti na výrobu deskových těles.
| Fáze | Energetická náročnost [GJ/t] |
|---|---|
| Výroba polotovaru | 15 |
| Doprava polotovaru (400 km železnicí) | 0,5 |
| Výroba produktů (otopná tělesa, trubky) | 30 |
| Doprava produktů (200 km silnicí) | 1,0 |
| Montáž na stavbě vč. staveništní dopravy | 3 |
| Celkem | 49,5 |
Energetická náročnost na pořízení materiálu na vytápěcí soustavy (tab. 8) je uvedena pro všechny varianty objektů a vytápěcích soustav jednak pro celý objekt, jednak pro 1 byt. Z tab. 8 je vidět, že zlepšování tepelně technických vlastností obvodových plášťů budov má podstatný vliv na zmenšení energetické náročnosti pořízení materiálů na vytápěcí soustavy. Přehled výsledků příslušných hodnot energetických náročností je v tab. 9 v závislosti na součiniteli prostupu tepla U [W/(m²K)], popř. na tepelném odporu obvodového pláště R [m²K/W], přičemž se počítá s životností stavebních konstrukcí 80 roků a vytápěcí soustavy 40 roků, takže v souhrnné energetické náročnosti se EVTZ započítává dvakrát. Výsledné hodnoty jsou vztaženy na 1 m2 plochy obvodového pláště (viz tab. 9).
| Varianta | U [W/(m²K)] | R [m²K/W] | EVB [MJ/m²] | EPB [MJ/m²] | EVTZ [MJ/m²] | Celková EN [MJ/m²] | ε (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 1,43 | 0,7 | 100 | 5000 | 50 | 5150 | 2,9 |
| B | 0,83 | 1,2 | 150 | 3000 | 40 | 3190 | 6,0 |
| C | 0,33 | 3,0 | 250 | 1000 | 30 | 1280 | 26,6 |
| D | 0,125 | 8,0 | 500 | 200 | 20 | 720 | 72,2 |
Porovná-li se podíl výrobní a provozní energetické náročnosti obvodového pláště bez vytápěcí soustavy s podílem výrobní a provozní energetické náročnosti obvodového pláště s vytápěcí soustavou, zjistí se, že v tomto konkrétním případě se zvětšuje výrobní energetická náročnost stavebních konstrukcí v důsledku výrobní energetické náročnosti vytápěcí soustavy asi o 2 %, v porovnání s případem, ve kterém se energetické náročnosti vytápěcí soustavy neuvažují.
Energetická náročnost panelových domů
Jako příklad energetické náročnosti výstavby se uvádí panelový dům VVÚ ETA. Hodnota EVB připadající na jeden byt je u tohoto typu budovy EVB = 146,33 MWh/byt. Protože bytů je v tomto domě 126, pak na celý dům je to 18 437,58 MWh. Provozní měrné energetické náročnosti téhož domu ePE, při uvažování životnosti budovy 80 roků, byla zjištěna ve výši ePE = 3 984 kWh/m³. Podíl výrobní a provozní energetické náročnosti je v tomto případě ε = 11,1 %. V [3] se uvádí výrobní energetická náročnost pro několik typů panelových budov, viz tab. 10. Ve zprávě [4] se může zjistit pro uvedené typy panelových domů provozní energetická náročnost. Ta je, spolu s hodnotami výrobní měrné spotřeby energie uvedenými v tab. 10 a podílem výrobní a provozní energetické náročnosti ε, uvedena v tab. 11. Zde dochází k určitému rozdílu v podílu výrobní a provozní energetické náročnosti u typu VVÚ ETA v porovnání s předcházejícím výsledkem a dále, k větší hodnotě podílu výrobní energetické náročnosti u posledních dvou typů panelových budov v tab. 2, proti dvěma horním typům v téže tabulce.
Čtěte také: Moderní technologie v přepravě stavebnin
Průkaz energetické náročnosti budovy (PENB)
Energetický štítek budovy je nepřesný název, který zlidověl a začala jej používat i média. Správný název zní průkaz energetické náročnosti budovy, zkráceně PENB. Energetický průkaz se sice týká také spotřeby energie, ale neřeší jenom ji (jako je to právě u energetického štítku spotřebiče), nýbrž celou energetickou náročnost budovy. PENB tedy vznikl, aby i ve stavebnictví došlo k posunu směrem k udržitelnějším materiálům, které nezatěžují životní prostředí. Štítek také chrání případné budoucí majitele. Do PENB jsou zahrnuty náklady na vytápění, na ohřev teplé vody, na osvětlení, na chlazení, ale také na větrání. Všechny tyto dodané energie se pak vydělí celkovou podlahovou plochou nemovitosti a výsledkem je roční měrná spotřeba energie na metr čtvereční (kWh/m² za 1 rok). Průkaz energetické náročnosti budovy je dokument, který rozděluje budovy do kategorií (energetických tříd) A až G na základě potřeby energie pro jejich typické využití. Hodnotí množství energie potřebné pro vytápění, chlazení, ohřev vody, osvětlen
Energetická náročnost výroby stavebních materiálů v kontextu výstavby budov
Až dosud se při hodnocení energetické náročnosti budov věnuje pozornost spotřebě energie při provozu budov, a z toho zejména spotřebě energie při vytápění. Je všeobecně známá tendence zmenšovat tuto spotřebu různými opatřeními. Jedním z nejčastějších opatření je zlepšování tepelně technických vlastností obvodových plášťů budov. Zvětšování tepelného odporu stavebních konstrukcí z daného materiálu vede obvykle ke zvětšování tloušťky konstrukcí, tedy ke zvětšení spotřeby materiálu.
Uvedeným opatřením se získává na jedné straně úspora energie při provozu budovy (při vytápění), na druhé straně se zvětšuje spotřeba energie na jeho výrobu. Pokud jde o energetickou náročnost provozu budov, ta je poměrně dobře zvládnutá nejen výpočtově, ale i z hlediska naměřených údajů ze skutečného provozu. Naproti tomu zpracování problematiky energetické náročnosti výstavby budov není zdaleka na takové úrovni. Výrobní energetická náročnost se často vztahuje na 1 tunu příslušného materiálu.
Bilance výrobní a provozní energie na příkladu tepelných izolací
Pokud jde o energetickou bilanci tepelně izolačního materiálu použitého pro obvodovou stěnu budovy, využití tepelně izolačního materiálu v obvodové stěně budovy je výhodné tehdy, když je spotřeba tepla k pokrytí tepelné ztráty budovy menší než spotřeba energie k výrobě daného množství tepelně izolačního materiálu. Má se stanovit energetická bilance pěnového polystyrenu (EPS) při jeho použití jako obvodové stěny budovy, tj. bilance průběhu provozní spotřeby energie při vytápění a jeho výrobní energie.
Výrobní energie EPS = 81 GJ/t, což představuje při uvažování hustoty EPS ρ = 25 kg/m3 hodnotu 562,5 kWh/m3. Se vzrůstající tloušťkou EPS velmi rychle klesá spotřeba tepla při vytápění (provozní energetická náročnost EPB), avšak zároveň vzrůstá výrobní energetická náročnost EVB. Z hlediska bilance provozní a výrobní energetické náročnosti je výhodná tloušťka obvodové stěny z pěnového polystyrenu tehdy, když je větší než dEPS > 0,44 m, protože až teprve od této tloušťky se spotřebuje při jejím použití v obvodové stěně menší množství energie při provozu než se vložilo do její výroby.
Srovnání různých typů obvodových konstrukcí
Souhrnná energetická náročnost výstavby a provozu budov se může hodnotit na různé úrovni, např. celé budovy nebo jen těch částí budovy, které mají rozhodující význam z hlediska úspory energie. V následující tabulce je uvedeno porovnání energetické náročnosti vybraných obvodových konstrukcí.
| Č. | Typ konstrukce | Specifikace materiálu |
|---|---|---|
| 1 | Cihelná zeď | Tloušťka 375 mm |
| 2 | Panel z plynosilikátu | Tloušťka 300 mm |
| 3 | Panel keramický | Tloušťka 30 mm |
| 4 | Panel keramický | 300 mm s 50 mm EPS |
| 5 | Železobetonový panel (ŽBP) | 240 mm s 80 mm EPS |
| 6 | Železobetonový panel (ŽBP) | 300 mm s 80 mm PPS |
| 7 | Železobetonový panel (ŽBP) | 240 mm se 140 mm EPS |
| 8 | Železobetonový panel (ŽBP) | 290 mm s 240 mm EPS |
Ze vztahů mezi těmito konstrukcemi je zřejmé, že se zvětšujícím se tepelným odporem konstrukce se zvětšuje podíl výrobní energetické náročnosti vztažený na provozní energetickou náročnost. U stavebních konstrukcí se zjišťuje, že podíl energetické náročnosti výrobní a provozní pro uvedené konstrukce je přímo závislý na tepelném odporu konstrukcí.
Energetická náročnost technických systémů budov
V této části se připojuje k energetické náročnosti výroby svislého obvodového pláště EVB ještě energetická náročnost výroby prvků vytápěcí soustavy EVTZ. Uvažuje se, že spotřebu materiálu potřebného pro pořízení vytápěcí soustavy tvoří převážně spotřeba oceli pro potrubí a spotřeba litiny či oceli pro otopná tělesa. Energetická náročnost na pořízení tuny kovových materiálů vytápěcí soustavy zahrnuje náročnost na výchozí polotovar, dopravu polotovaru do výroby, výrobu produktů, dopravu na stavbu a montáž.
Zlepšování tepelně technických vlastností obvodových plášťů budov má podstatný vliv na zmenšení energetické náročnosti pořízení materiálů na vytápěcí soustavy. Porovná-li se podíl výrobní a provozní energetické náročnosti obvodového pláště bez vytápěcí soustavy s podílem výrobní a provozní energetické náročnosti obvodového pláště s vytápěcí soustavou, zjistí se, že se zvětšuje výrobní energetická náročnost stavebních konstrukcí v důsledku výrobní energetické náročnosti vytápěcí soustavy asi o 2 %.
Udržitelnost a legislativní rámec
Povinnost vlastnit PENB (Průkaz energetické náročnosti budovy) ukládá zákon o hospodaření s energií, který jde ruku v ruce s celosvětovým plánem efektivního hospodaření s energií. PENB tedy vznikl, aby i ve stavebnictví došlo k posunu směrem k udržitelnějším materiálům, které nezatěžují životní prostředí. Do PENB jsou zahrnuty náklady na vytápění, na ohřev teplé vody, na osvětlení, na chlazení, ale také na větrání.
Průkaz energetické náročnosti budovy hodnotí budovu ze stavebního hlediska (kvalita obálky budovy) a zároveň z hlediska využitých technických zařízení. Výběr typu domu z pohledu energetické náročnosti závisí na vašich preferencích a finančních možnostech. Investice do energeticky úsporného bydlení se vrátí v podobě nižších provozních nákladů a většího komfortu, přičemž i zdánlivě malé detaily mohou hrát významnou roli v celkové energetické bilanci domu.
tags: #energeticka #narocnost #vyroby #stavebnich #materialu
