Sledujeme energetiku staveb v celém jejich životním cyklu, abychom minimalizovali energetickou náročnost výstavby a provozu budov. Používáme k tomu recyklované materiály. Popisujeme interakci stavby a pokročilého energetického systému založeného na inovativních prvcích. Nasazujeme v pilotních provozech pro ověření jejich efektivity, funkčnosti a trvanlivosti. Zaměřujeme se na budovy a jejich energetické propojování (komunitní energetika, chytré sítě, centralizované zásobování teplem 4.).
Životní cyklus stavby
Každý stavební objekt, bez ohledu na účel nebo velikost, prochází životním cyklem. Všechny jeho fáze hrají zásadní roli v efektivním využívání budovy, minimalizaci nákladů a zajištění udržitelného provozu.
Průběh životního cyklu staveb lze rozčlenit do fází, viz. Každá taková fáze má své konkrétní činnosti, ve kterých se odehrávají rozhodnutí, charakteristická pro daný časový průběh životního cyklu. Nejdůležitější fází je fáze předinvestiční.
- Předinvestiční fáze: V této fázi vzniká hrubý náčrt představ o budoucím investičním záměru. Dělají se důležitá rozhodnutí, která budou mít vliv na finální komfort užívání a ekonomickou a energetickou náročnost provozu.
- Plánování a návrh: Správné plánování zohledňuje dlouhodobé potřeby budovy a minimalizuje možné problémy a náklady do budoucna.
- Výstavba a realizace: Zde se plány proměňují v reálnou strukturu. Dodávky materiálů na staveniště fungují pro proces výstavby jako palivo. Velmi žádoucí je také využít spolupráce a optimalizovat procesy tak, aby do maximální možné míry splňovaly zásady udržitelnosti. Toho lze dosáhnout například využitím místního dodavatelského řetězce, což sníží časovou i finanční náročnost. Právě náklady na přepravu jsou totiž jednou z nejvýznamnějších nákladových složek.
- Provoz a údržba: Podstatnou část životního cyklu budovy tvoří provoz a údržba. Zahrnuje rutinní údržbu, opravy, úklid a správu technických systémů. Do této fáze patří také případná modernizace a rekonstrukce budovy. Postupem času se potřeby uživatelů a technologické požadavky mohou měnit, a tak je nutné přistoupit k rekonstrukci. Patří sem například úpravy interiérů, modernizace technických systémů nebo zvýšení energetické efektivity.
- Likvidace nebo přeměna: Poslední fáze životního cyklu budovy může znamenat buď demolici budovy, nebo její přeměnu pro nové využití.
Během realizace i v průběhu života každého stavebního projektu dochází k významné spotřebě energií a materiálů. V každé fázi vzniká také velké množství odpadů a emisí, které mají vliv na životní prostředí. Tyto faktory je možné ovlivnit již při plánování stavby. Jak jsme si vysvětlili, životní cyklus budovy je komplexní koncept, který zdůrazňuje význam správného plánování, výstavby, provozu a údržby budov. Vznik každého objektu je podmíněn vstupy, a to jak materiálovými, tak energetickými. V průběhu života stavby je spotřebovávána energie a materiály potřebné na provoz a údržbu. V každém období životního cyklu je vynakládáno nejenom velké množství energií, ale vzniká i nemalé množství odpadů a emisí. Všechny tyto skutečnosti, které ovlivňují dopad stavby na životní prostředí, se dají ovlivnit již před realizací stavby.
Energetická účinnost a ekologické dopady
Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT hledá cestu, jak usnadnit hodnocení dopadů výstavby, provozu a likvidace budov na životní prostředí. Důkladná analýza dopadů životního cyklu budov (Life Cycle Assessment) je náročná a tím pádem i nákladná, což odrazuje hodně zájemců. Zahrnuje vše od těžby surovin přes výrobu a dopravu materiálů až po proces výstavby. Následuje provozní fáze spojená především se spotřebou energií, vody a materiálů na opravy a rekonstrukce. Jednu z nejvýraznějších stop na životním prostředí zanechává výroba stavebních materiálů. Proto se rozvíjejí postupy, jak stanovit dopady této fáze životního cyklu budov přímo z rozpočtů staveb, ve kterých je přesně popsáno použití jednotlivých druhů a množství materiálů. V první řadě proto běží příprava metodiky propojování a dalšího rozvoje databází.
Čtěte také: Použití cementu v umění
Důležitým faktorem pro měření dopadu našich aktivit na životní prostředí a zejména pak vlivu na klimatickou změnu je uhlíková stopa. Ta vzniká i při výstavbě a používání budov. Proto je naším úkolem uhlíkovou stopu minimalizovat. Náklady během životního cyklu budovy zahrnují nejen náklady na výstavbu, ale také náklady na opětovné využití částí staveb po ukončení jejich životnosti. Proto je důležité věnovat zvláštní pozornost těmto nákladovým složkám již v raných fázích plánování projektu.
Evropské směrnice a požadavky na budovy
Sotva jsme si zvykli, že budovy budou muset mít téměř nulovou spotřebu energie, objevuje se nový požadavek Evropské unie. Budovy by měly mít nulové emise uhlíku. To znamená další zvýšení podílu energie vyrobené z obnovitelných zdrojů a sledování vlivu zabudovaného stavebního materiálu na produkci skleníkových plynů. Novinkou jsou také požadavky na důsledné dodržování kvality vnitřního prostředí, pas pro renovaci budov nebo využití digitálního deníku budovy. Jde jen o část změn, které má přinést již čtvrté zásadní přepracování evropské směrnice o energetické náročnosti budov (Energy Performance of Buildings Directive of the European Union - EPBD). Její finální schválení se očekává do konce roku 2023.
Podle Evropské komise jsou budovy v EU zodpovědné za 40 procent spotřeby energie a za 36 procent emisí skleníkových plynů. Všechny verze směrnice EPBD se proto postupně snaží ovlivnit nejen výstavbu nových budov, ale míří i na úpravy starších budov. Hlavním cílem směrnice je minimalizovat produkci skleníkových plynů a dosáhnout energetické soběstačnosti budov.
Požadavky směrnice EPBD4
„Požadavky z nově upravované směrnice, tzv. EPBD4, vyvolají revoluci především v pozemním stavebnictví. Už nyní je pro stavebníky, projektanty i stavitele mnohdy velmi těžké najít řešení vhodné po technické i ekonomické stránce, které by vedlo k naplnění současných požadavků, tedy že všechny budovy budou mít téměř nulovou spotřebu energie. Počítejme i s tím, že sofistikovaná řešení budou potřebovat delší dobu pro přípravu staveb. Požadavek na nulové emise uhlíku budov v rámci celého jejich životního cyklu povede asi k většímu rozšíření dřeva jako stavebního materiálu. Beton, ocel a pálené cihly mají v sobě zabudovanou velkou spotřebu energie, zanechávají tedy velkou uhlíkovou stopu. Přesto je nutné zmínit, že dřevo má své limity a za dřevěnou stavbou se skrývá často nosná konstrukce z oceli, cihel nebo betonu. Nosné konstrukce limitují i požadavky na požární bezpečnost,“ konstatuje Ing. Karel Kabele, CSc., člen představenstva ČKAIT.
Harmonogram podle navrhovaného znění EPBD4 má být následující:
Čtěte také: Použití PUR pěny
- Od roku 2026: Všechny novostavby veřejných budov mají splňovat požadavek na budovy s nulovými emisemi, tzn. nízkoenergetické stavby svou potřebu energie pokryjí z obnovitelných zdrojů.
- Od roku 2028: Tento požadavek mají splnit novostavby všech budov.
- Od roku 2035: Provoz budov by měl být nezávislý na fosilních palivech.
Co by přepracovaná směrnice o energetické náročnosti budov, tzv. EPBD4, měla konkrétně znamenat pro navrhování, výstavbu a provoz budov? Pokud to bude technicky vhodné a ekonomicky a funkčně proveditelné, měly by být do 24 měsíců od přijetí směrnice fotovoltaickými systémy vybaveny všechny nové veřejné a nové jiné než obytné budovy, do konce roku 2026 všechny stávající veřejné budovy a jiné než obytné budovy. Do konce roku 2028 pak tato změna dopadne na všechny obytné budovy a střechy parkovišť. „Nemusí přitom jít pouze o fotovoltaické panely, které v našich podmínkách mají účinnost cca 20 %. Analogicky ke skokovému rozšiřování solárních instalací směrnice předpokládá ukončení používání fosilních paliv. Členské státy EU by měly také vytvořit národní plány pro renovace budov. Cílem je do roku 2050 dosáhnout budov bez emisí uhlíku.
Stávající budovy budou vybaveny tzv. pasem pro renovaci budov. Půjde o návrh či plán, který se stane součástí digitálního deníku budovy a bude určovat, jak dosáhnout u budovy stavu s nulovými emisemi. Počítá se s etapizací, pracující s komplexní energetickou bilancí, oběhovostí stavebních výrobků, rozpočty apod. Vystavovat by je měly autorizované osoby. Renovace by měly reagovat na nový parametr, který směrnice přináší: potenciál globálního oteplování. Jde o ukazatel emisí skleníkových plynů za celý životní cyklus budovy, jehož detail se týká i použitých materiálů nebo provozu. Naprostá většina materiálů tzv. „šedé energie“ se spotřebuje při jejich výrobě.
Značnou pozornost věnovali autoři směrnice technickému zařízení budov (TZB). Intenzivnější instalace měřicích a kontrolních zařízení má nově sloužit pro monitorování a regulaci nejen energetické náročnosti budov, ale i měření kvality vnitřního prostředí. Nově se začnou sledovat také ukazatele jako hladina CO2, kvalita vzduchu, teplota a tepelná pohoda, relativní vlhkost, akustický komfort nebo úroveň osvětlení denním světlem. „V Česku jsme na toto připraveni. V rámci ČVUT byla vyvinuta HAIEQ - metodika hodnocení kvality prostředí v budovách. S tím souvisí i připravenost na instalaci chytrých řešení, a to včetně skladování energie, měření a regulace a podobně.“
Tabulka: Evropské směrnice o energetické náročnosti budov
| Označení směrnice | Rok přijetí | Komentář |
|---|---|---|
| 2002/91/EC | 2002 | Původní směrnice o energetické náročnosti budov (EPBD) |
| 2010/31/EU | 2010 | Přepracování EPBD, zavedení konceptu budov s téměř nulovou spotřebou energie |
| 2018/844/EU | 2018 | Další přepracování EPBD (EPBD3), zaměření na renovace a digitální technologie |
| 20xx/xxx/EU | Očekávaná finalizace do konce 2023 | EPBD4, požadavky na nulové emise uhlíku, pas pro renovace, digitální deník budovy |
Náklady životního cyklu stavby (LCC)
Tato disertační práce se zaměřuje na problematiku efektivního využití informací o nákladech životního cyklu stavby (LCC) při návrhu staveb. Informace jsou klíčovými údaji o prostředí, stavech a procesech a v dnešní době je stále důležitější je efektivně využívat, a to zejména v oblasti stavebnictví. V současném stavu stavební praxe je nedostatečně využíváno úzké propojení mezi architekty/projektanty a stavebními ekonomy ve fázi návrhu stavby. Pro investory, jako jsou developeři nebo veřejné subjekty, je klíčové zajistit efektivní vynaložení finančních prostředků a zohlednění nákladů životního cyklu stavby.
Ukazatel nákladů životního cyklu stavby (LCC) se zdá být ideálním pro hodnocení investic, neboť zahrnuje náklady spojené s celým životním cyklem stavby od pořízení až po likvidaci. Nicméně ukazatel LCC je zatím málo využívaný nebo je používán nevhodně s nepřesnými vstupy. Pro jeho efektivní využití je zapotřebí přesných technicko-ekonomických informací, které v současné praxi často chybějí nebo jsou nepřesné. Výsledné ukazatele LCC tak mají pouze informativní charakter a poskytují omezené informace o budoucích nákladech stavby.
Čtěte také: Jak PENB ovlivňuje úsporné bydlení?
Cílem této disertační práce je navrhnout metodiku pro efektivní využití ukazatele LCC při návrhu staveb. Metodika bude zaměřena na získávání přesných technicko-ekonomických informací, jako jsou náklady na opravy a údržbu, životnost konstrukce a pořizovací náklady. Tímto způsobem bude možné vytvářet kvalitní stavby s optimálními náklady životního cyklu. Efektivní využití ukazatele LCC bude přispívat k lepšímu rozhodování investorů a podpoří udržitelný přístup ve stavebnictví. Z praxe je všeobecně známo, že volba levnějších řešení při stavbě a realizaci projektu v období užívání nezanedbatelně zvýší náklady v období užívání stavby. Z ekonomického hlediska je období užívání stavby tím nejnáročnějším a tvoří ¾ celkových nákladů v období životnosti stavby a z toho jedna třetina tvoří náklady na správu a údržbu.
Životnost a opotřebení stavebních objektů
Stavební objekty stejně jako kterýkoliv jiný výrobek mají svou životnost. Tedy určité časové období, po které jsou dané výrobky, ať stavební či jiné, schopny plnit svou funkci a jejich stav umožňuje vlastníkovi mít užitek z této věci. Stavby po fyzické stránce se skládají z jednotlivých konstrukčních prvků. Do těchto konstrukčních prvků spadají např. střešní krytina, okna, dveře, fasáda, podlahy, rozvody TZB apod. Za prvky dlouhodobé životnosti označujeme konstrukční prvky, které svou technickou životností dosahují min. 50 let. Životnost můžeme definovat jako dobu, po kterou by objekt (konstrukce) měla vyhovovat požadavkům provozu v přepokládaných podmínkách. Za tuto dobu se objekt (konstrukce) dostane do mezního stavu, resp. stane se nepoužitelnou. Vyjadřuje se zpravidla počtem roků, který se u různých druhů objektů (konstrukcí) liší. Základní podmínkou dlouhé životnosti je pravidelná (cyklická) údržba a úpravy budov pro jejich co nejlepší využití.
Existují různé typy životnosti:
- Technická životnost: Doba, kterou počítáme od vzniku stavby do jejího zchátrání a technického zániku za předpokladu běžné údržby. Na technickou životnost mají vliv především konstrukční systém, údržba, rekonstrukce a modernizace. Životnost staveb podstatně ovlivňuje způsob založení stavby, návrh stavby, konstrukční systém, technologické provedení prvků dlouhodobé životnosti.
- Ekonomická životnost: Doba, kterou počítáme od vzniku stavby do okamžiku ztráty ekonomické užitečnosti a smysluplnosti. Pro ekonomickou životnost je důležitá doba využitelnosti stavby. Za okamžik ekonomického zániku stavby lze považovat situaci, kdy je výhodnější na daném místě stávající stavbu zlikvidovat a postavit novou, která bude přinášet vyšší výnosy. Kritériem může být i výše nákladů na běžnou údržbu v porovnání s výnosy z nemovitosti.
- Právní životnost: Doba od kolaudačního souhlasu do okamžiku rozhodnutí o odstranění stavby.
Skutečnost, že stavba stárnutím a používáním postupně degraduje, vyjadřuje pojem opotřebení stavby. Tím, že stavbu provozujeme, napomáháme jejímu opotřebení při působení rozhodujících vlivů, za které považujeme zatížení, prostředí, vynucená přetvoření. Odezvou stavby na tyto vlivy jsou degradační procesy funkčních dílů, jejichž důsledkem je postupné snižování funkčních vlastností stavby jako celku v závislosti na intenzitě dílčích degradačních procesů. Opotřebením (znehodnocením) stavebních objektů rozumíme tedy stav stavebního díla, kdy pokles kvality a ceny nemovitosti je způsoben vlivem používání, atmosférickými vlivy a změnami v materiálu. Abychom mohli zjistit skutečnou životnost, jsou vždy nutné podrobné analýzy opotřebení v závislosti na charakteru údržby. Životnost a opotřebení stavebních objektů lze považovat za kontinuální proces.
Opotřebení dělíme na:
- Fyzické opotřebení: Vlivem degradačních procesů dochází ke snížení funkčnosti stavebního díla.
- Morální opotřebení: Postupem času a vývojem nových materiálů, trendů a jiných inovací dochází k postupnému zastarání stavebního díla.
Informační modelování staveb (BIM) a digitalizace
Pro informační modelování lze uvažovat jeden model po dobu celé životnosti, tj. od fáze utváření prvotních návrhů po fázi demolice. Vložení informací na jedno místo přináší řadu výhod. Projektanti mají mezi sebou snadnější komunikaci a kontrolu chyb. Stavební firmy mají možnost lepšího plánování pro realizaci a prefabrikaci. Správce objektu má ve fázi údržby a provozu aktualizovanou dokumentaci a podklady pro změny, plánování oprav a rekonstrukcí či demolici. Model využije i investor či sektor státní správy pro kontrolu či vyhodnocení a posouzení stavby. Ve fázi likvidace poslouží k určení přesných informací o konstrukcích a jejich geometrii.
Největší vynaložená práce na modelu je ve fázi navrhování, kdy se model utváří spolu s návrhem stavby. Návrh může být o něco dražší, než při klasickém přístupu k navrhování. Z hlediska požární bezpečnosti se model využije pro celou životnost. Během plánování pro tvorbu dokumentace, posouzení požadavků a skutečného stavu a rozmístění jednotlivých požárně bezpečnostních zařízení, které nesou parametry v modelu. Ve fázi realizace parametry slouží ke tvorbě výkazu počtu, druhu a umístění zařízení. Během fáze užívání stavby se předpřipravené parametry jednotlivých komponent použijí pro revizi požárně bezpečnostních zařízení. Data může využívat správce objektu nebo státní správa pro kontrolu. V provozní fázi lze data využívat pro zásah IZS, kde lze informace z modelu importovat do GIS mapy. Případně do mapy vložit URL adresu modelu pro jeho stažení či prohlížení ve webové aplikaci a mít přehled o počtu a rozmístění přenosných hasicích přístrojů, umístění požárních hydrantů nebo uzávěrů plynu.
Udržitelnost a cirkulární ekonomika
Cirkulární ekonomika ve stavebnictví, opakovaná použitelnost, recyklace, rozebíratelnost - to jsou základní elementy cirkulárního designu. Moderní výstavba bude brát ohled na ekologickou a urbanistickou kvalitu místa i na sociodemografické aspekty. Taxonomie staveb a výstavby usiluje především o snížení produkce emisí, šetrné zacházení s vodními zdroji, ochranu biodiverzity, přechod k cirkulární ekonomice a celkovou změnu chování člověka k přírodě. Jsou to náročné výzvy. Od roku 2024 začnou v Evropské unii platit nová pravidla pro nefinanční reporting dopadů podnikatelské činnosti. V oboru staveb se bude největší pozornost věnovat dopadům nových projektů na životní prostředí a společnost.
Při plánování a managementu projektů se bavíme nejen o kancelářské budově, obytném komplexu či nemocnici. Správné plánování zahrnuje také spolupráci na zajištění přístupnosti, generační vyváženosti, genderové rovnosti, rovných příležitostí a kvalitního života pro všechny. Z hlediska flexibility využití budovy byl kladen důraz na maximální univerzálnost stavby v budoucnu. Přízemí a prostory z ulice lze proto snadno různorodě využít. Navíc je vhodné využít místního a dostupného materiálu.
Většina lidí stráví více než 90 % dne v uzavřených prostorách - ať už doma, v kanceláři nebo jinde. Na jejich komfort má přitom vliv celá řada faktorů, jako jsou například akustika, kvalita vzduchu v místnosti, teplota (spolu s vlhkostí vzduchu), osvětlení apod. Veškerá výstavba představuje ekologické náklady, které se s rostoucím důrazem na ochranu životního prostředí pokusíme radikálně snížit. Jde o naši společnou budoucnost.
tags: #modelovani #energeticke #ucinnosti #behem #zivotniho #cyklu