Emise skleníkových plynů bytového domu v kontextu klimatických cílů stanovených Pařížskou dohodou (1. část)

1. Úvod

Dvoudílný seriál se zabývá skutečností, že současné stavební předpisy neodrážejí klimatické cíle stanovené Pařížskou dohodou. Za tímto účelem byla určena referenční hodnota skleníkových plynů pro budovy vycházející z vědecké zprávy The Emissions Gap Report. Tato zpráva kvantifikuje emisní limity pro skleníkové plyny, které je nutné splnit do roku 2030, aby nedošlo k nárustu průměrné globální teploty o 1,5 či 2,0 °C do roku 2100 oproti předindustriální době. Aktuální produkce skleníkových plynů představuje hodnotu 54 Gt CO_2,ekv., emisní limity pro nižší teplotní nárůst 1,5 °C činí 24 Gt CO_2,ekv.. Referenční hodnota emisního rozpočtu pro bytové domy vychází z emisního limitu 24 Gt CO_2,ekv. přepočteného na virtuální osobní emisní limit dle počtu obyvatel v roce 2030. Tento osobní emisní podíl byl dále vztažen na podíl produkce emisí bytové výstavby a extrapolován pro předmětný bytový dům na základě počtu residentů.

Následně bylo provedeno enviromentální hodnocení bytového domu pomocí zjednodušené metody posuzování životního cyklu (LCA) v souladu s národním nástrojem pro certifikaci budov SBToolCZ. Výsledky ukázaly, že celkové emise hodnoceného objektu odpovídají dvouapůlnásobku emisního požadavku. Na základě posouzení bylo navrženo šest variant kombinující úsporná opatření ke snížení provozních a svázaných emisí skleníkových plynů. Úsporná opatření zahrnovala změnu teplotního zónování, zlepšení tepelně-technických vlastností ochlazovaných konstrukcí, použití environmentálně šetrnějších stavebních materiálů s nižší hodnotou svázaných emisí, změnu zdroje tepla, instalaci úspornější LED osvětlení, použití nuceného větrání s rekuperací z odpadního tepla, instalací fototermických kolektorů a fotovoltaických panelů. Závěrem je provedeno celkové porovnání variant a hodnocení realizovatelnosti úsporných opatření v podmínkách ČR.

Změna klimatu

Změna klimatu související s lidskou činnosti představuje jednu z hlavních výzev současné doby. Na základě vědeckých poznatků se predikuje zvýšení globální teploty zemského povrchu do roku 2100 o dalších 0,3 až 1,7 °C pro scénář s výrazným snižování emisí o 2,6 až 4,8 °C pro scénář bez větších intervencí. [1] Hlavními důsledky globálního oteplování je znatelné tání ledovců, rozšiřování pouští, zvýšení vzdušné vlhkosti, zvýšení hladiny oceánů, zvýšení teploty vzduchu nad povrchem země a nad oceány, úbytek sněhu, extrémní výkyvy počasí. [2] Všechny tyto procesy mohou mít katastrofické dopady na současné fungování lidské civilizace a naší planety.

Klimatické cíle

Pařížská dohoda byla přijata smluvními stranami Rámcové úmluvy OSN o změně klimatu v prosinci 2015. Dohoda představuje ustanovení Rámcové úmluvy a po roce 2020 nahradí dosud platný Kjótský protokol. Dohoda si klade za cíl zlepšit provádění Rámcové úmluvy OSN o změně klimatu a z dlouhodobého hlediska přispět k udržení nárůstu průměrné globální teploty pod hranicí alespoň 2 °C v porovnání s obdobím před průmyslovou revolucí a usilovat o udržení oteplení do 1,5 °C. Dohoda ukládá všem smluvním stranám (tj. rozvinutým i rozvojovým státům) povinnost stanovit si vnitrostátní redukční závazky a plnit je. Tímto se zásadně liší od platného Kjótského protokolu, který redukční závazky vztahuje výlučně na rozvinuté státy. K 15. lednu 2019 dohodu podepsalo 194 států a Evropská unie. 184 ze zmíněných členů dohodu ratifikovalo, přičemž těchto 184 členů reprezentuje 89,3 % globálních emisí. [3], [4]

Česká republika jakožto člen EU se zavázala ke snížení skleníkových plynů do roku 2030 o nejméně 40 % ve srovnání s rokem 1990. Dlouhodobý cíl EU je snížit do roku 2050 emise o 80 až 95 % proti roku 1990. Obecným cílem je dosažení uhlíkové neutrality do 2. poloviny 21. století, tzn. rovnováhy mezi vypouštěnými emisemi a emisemi přirozeně pohlcovanými v přírodě. [5]

2. Cíle studie

Cílem studie bylo vypracovat stručnou rešerši klimatických cílů a závazků, aplikovat je na podmínky ČR a na základě toho stanovit emisní požadavek na novostavbu bytového domu (BD) pro klimatický cíl 1,5 °C. Následně provést environmentální hodnocení typické novostavby bytového domu a navrhnout nový energetický koncept a stavební řešení domu v souladu se stanoveným emisním požadavkem.

3. Metody

Metody zahrnovaly:

• Stanovení emisního požadavku a výběr indikátoru
• Popis případové studie BD
• Výpočet energetické náročnosti objektu
• Environmentální hodnocení provozních a svázaných emisí objektu
• Návrh úsporných opatření pro snížení emisí skleníkových plynů
• Celkové vyhodnocení a porovnání navržených variant
• Posouzení aplikovatelnosti postupu v českých podmínkách

Stanovení emisních požadavků a výběr indikátoru

Podkladem pro stanovení emisních požadavků je Zvláštní zpráva IPCC ke globálnímu oteplení o 1,5 °C a The Emissions Gap Report 2018. Zvláštní zpráva IPCC byla vypracována na pokyn zasedajících států na Klimatické konferenci v Paříži v roce 2015. Zvláštní zpráva IPCC se zaměřuje na dopady oteplení o více než 1,5 °C (oproti předindustriální době) a scénáře snižování emisí skleníkových plynů, které povedou ke splnění nižšího teplotního cíle z Pařížské dohody. Současné vědecké studie a poznatky totiž poukazují na to, že směřování ke splnění cíle 2,0 °C z Pařížské dohody je nedostatečné z hlediska ohrožení existence malých ostrovních států a méně rozvinutých států. Zpráva hraje klíčovou roli při rozhodování států o úpravě svých emisních cílů v rámci pravidelného přezkumu, který podle Pařížské dohody probíhá každých pět let, tj. 2020, 2025 a 2030. [7]

The Emissions Gap Report posuzuje nejnovější vědecké poznatky o současné a budoucí produkci skleníkových plynů a srovnává je s klimatickými cíli stanovenými Pařížskou dohodu. Zpráva udává, že pokud státy nezlepší své ambice a nedocílí snížení emisí v roce 2030 nad rámec svých závazků, nelze se již vyhnout překročení hranice 1,5 °C. Současné závazky, jak již bylo zmíněno, jsou směřovány na hranici 2 °C. Aby bylo dosaženo cíle 1,5 °C, musí být emise sníženy o více než polovinu z dnešních hodnot, tedy z 54 Gt CO_2,ekv. na 24 Gt CO_2,ekv. v roce 2030, nebo o 25 % pro splnění hranice 2 °C, což činí hodnotu 40 Gt CO_2,ekv. pro rok 2030. [8], [9]

Pro vyčíslení potenciálu globálního oteplování GWP je použit indikátor emisí skleníkových plynů, tedy hmotnost roční produkce plynů, které přispívají ke změně klimatu, vyjádřené pro globální účely obvykle v jednotce Gt CO_2,ekv./a. Ekvivalentní znamená, že se nejedná pouze o emise CO₂, ale také o emise dalších skleníkových plynů (např. metanu, oxidu dusného), jejichž skleníkový efekt je přepočítán pomocí tzv. charakterizačních faktorů na úroveň efektu CO₂. [10]

Výpočet je proveden na základě stanovených limitů maximálního množství vyprodukovaných ekvivalentních emisích Gt CO_2,ekv. pro rok 2030, které uvádí The Emissions Gap Report 2018. Množství emisí je vztaženo na celkový předpokládaný počet obyvatel pro rok 2030, který činí dle odhadů 8,55 mld. obyvatel. [11] Podíl bytové výstavby na celkové produkci emisí CO₂ v České republice dle studie Šance pro budovy činí 23,35 %. [10] Podrobný výpočet se všemi kroky je uveden v následující tabulce.

Popis případové studie BD

Předmětným objektem je čtyřpodlažní nepodsklepený bytový dům obdélníkovitého půdorysu s pultovou střechou. Objekt je tvořen jednoduchou hmotou ve tvaru kvádru s pultovou střechou s vystupujícím rizalitem schodiště na jedné z podélných fasád. Objekt je orientován na jižní světovou stranu s azimutem 180°. Provozně je objekt členěn na vstupní část se schodišťovým tubusem, na obytné prostory bytových jednotek v 2. NP – 4. NP, v 1. NP jsou umístěny garáže, technické zázemí a skladové prostory.

Předmětný objekt a jeho konstrukční a dispoziční řešení je převzato ze studie – Hodnocení resilience modelového bytového domu ve variantách pro projekt TAČR TH02030797. [12] Naopak materiálové charakteristiky a systémy TZB jsou navrženy nově, tak aby odpovídaly typické novostavbě bytového domu a splňovaly normové tepelně-technické požadavky na jednotlivé konstrukce.

Svislé nosné konstrukce jsou zděné z keramických tvárnic s kontaktním zateplovacím systémem tl. 160 mm. Stropní konstrukce tvoří keramické stropní panely tl. 230 mm. Střešní konstrukce je dvouplášťová dřevěná s provětrávanou vzduchovou dutinou zateplená skelnou vatou mezi a pod krokvemi s celkovou tloušťkou 260 mm. Dělicí příčky jsou zděné z keramických tvárnic. Všechny konstrukce byly navrženy tak, aby splňovaly normové hodnoty součinitele prostupu tepla U_n,20 dle ČSN 73 0540-2:2011 Tepelná ochrana budov – část 2: Požadavky.

Vytápění představuje centrální dvoutrubková protiproudá soustava s deskovými otopnými tělesy. Zdrojem tepla je plynový kondenzační kotel. Aktivní chlazení není v objektu realizováno. Příprava teplé vody je zajištěna centrálním zásobníkem o objemu 750 l, který je napojen na plynový kondenzační kotel. Stoupací rozvodné potrubí teplé vody je doplněno cirkulačním obvodem. Větrání je přirozené. V prostorách největší produkce škodlivin WC, koupelny a kuchyně je instalováno podtlakové větrání. Přívod vzduchu je zajištěn větracími štěrbinami v oknech a v obvodových stěnách.

Obrázek 1 – 3D model posuzovaného bytového domu [12]

Výpočet energetické náročnosti objektu

Pro stanovení roční spotřeby energie byl zvolen měsíční výpočet pro komplexní hodnocení energetické náročnosti budov podle vyhlášky MPO ČR č. 78/2013 Sb. K výpočtu byl použit software Energie 2017.

Graf 1 – Rozložení spotřeby energie dle TZB

Tabulka 2 – Roční dodaná energie

Výpočet svázaných a provozních emisí

Cílem této části bylo provést environmentální vyhodnocení potenciálu globálního oteplování předmětného bytového domu. Jednotlivé kroky vyhodnocení se řídí podle metodiky SBToolCZ a kritéria E.02 – Potenciál globálního oteplování. SBToolCZ (Sustainable Building Tool) je český národní certifikační nástroj pro vyjádření úrovně komplexní kvality budov, a to v souladu s principy udržitelné výstavby. [13]

Hodnocení potenciálu globálního oteplování se skládá ze dvou dílčích posouzení, a to dle fáze životního cyklu budovy:

1. Výrobní fáze – stanovení svázané produkce emisí CO_2,ekv. v konstrukcích
2. Fáze provozu – stanovení produkce emisí CO_2,ekv. vzniklých v důsledku spotřeby energie v budově.

Základem hodnocení výrobní fáze bylo sestavení výkazu výměr všech hlavních i kompletačních konstrukcí. Po sestavení výkazu výměr se k jednotlivým položkám materiálů a konstrukcí přiřadily příslušné jednotkové hodnoty svázaných spotřeb energií [kg CO_2,ekv./kg], které jsou uvedeny v Katalogu fyzikálních a environmentálních profilů stavebních konstrukcí pro novostavby a rekonstrukce – ENVIMAT (katalog je dostupný na www.envimat.cz).

Základem hodnocení provozní fáze je stanovení roční spotřeby energie dle typu energonositele. Tyto spotřeby jsou následně vynásobeny emisními faktory [g CO_2,ekv./MJ]. Hodnoty emisních faktorů byly převzaty opět z metodiky SBToolCZ.

4. Závěr

Z výsledků environmentálního hodnocení je patrné, že zkoumaný objekt nesplňuje ani jeden z emisních požadavků. Co se týče podílu provozních a svázaných emisí CO_2,ekv., pak provozní emise tvoří přibližně 80 % a svázané zbylých 20 %. Stávající stav převyšuje stanovenou hranici emisního požadavku pro 1,5 °C o 24,8 t CO_2,ekv./a.

Druhá část seriálu se zabývá návrhem emisně úsporných opatření, která redukují provozní a svázané emise předmětného objektu. Úsporná opatření jsou následně kombinována do výsledných variant za účelem splnění emisního požadavku. Zároveň je provedena diskuze o realizovatelnosti navržených variant v podmínkách ČR.

5. Reference

1. Global Warming and Its Effects. Climatechange.earthscienceconferences [online]. [cit. 2019-01-31]. Dostupné z: https://earthscience.conferenceseries.com/
2. TEN CLEAR INDICATORS OUR CLIMATE IS CHANGING. The Climate Reality Project [online]. August 18, 2015 [cit. 2019-01-31]. Dostupné z: https://www.climaterealityproject.org/blog/10-indicators-that-show-climate-change
3. Pařížská dohoda. Ministerstvo životního prostředí [online]. [cit. 2019-01-31]. Dostupné z:
   https://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/parizska_dohoda/$FILE/OEOK-Cesky_preklad_dohody-20160419.pdf
4. Pařížská dohoda. Wikipedia [online]. [cit. 2019-02-01]. Dostupné z:
   https://cs.wikipedia.org/wiki/Pa%C5%99%C3%AD%C5%BEsk%C3%A1_dohoda
5. Klimatická dohoda z Paříže. EURACTIV [online]. [cit. 2019-02-01]. Dostupné z:
   https://euractiv.cz/section/energeticka-ucinnost/linksdossier/klimaticka-konference-v-parizi-2015-cop21-000137/
6. Udržitelná výstavba budov a její uplatňování ve střední Evropě. Časopis Stavebnictví [online]. [cit. 2019-02-01]. Dostupné z: https://www.casopisstavebnictvi.cz/udrzitelna-vystavba-budov-a-jeji-uplatnovani-ve-stredni-evrope_N465%2010
7. Infolist: Zvláštní zpráva IPCC ke globálnímu oteplení o 1,5 °C, Centrum pro dopravu a energetiku, 2018: https://toolkit.ecn.cz/img_upload/3f5e963ee9ca17c7e8373d2bfc1ef8e4/ipcc-infolist_1.pdf
8. Emissions Gap Report 2018. UN Environment [online]. [cit. 2019-01-31]. Dostupné z:
   https://wedocs.unep.org/bitstream/handle/20.500.11822/26879/EGR2018_ESEN.pdf?sequence=10
9. 5 Things You Need to Know About the UN Emissions Gap Report. World Recources Institute [online]. November 27, 2018 [cit. 2019-02-01]. Dostupné z:
   https://www.wri.org/blog/2018/11/5-things-you-need-know-about-un-emissions-gap-report
10. LUPÍŠEK, Antonín, 2016. Potenciál úspor emisí skleníkových plynů ČR pomocí rekonstrukcí budov, České vysoké učení technické v Praze
11. Forecast about the development of the world population from 2015 to 2100. Statista: World population - forecast about the development [online]. [cit. 2019-02-07]. Dostupné z:
    https://www.statista.com/statistics/262618/forecast-about-the-development-of-the-world-population/
12. LUPÍŠEK, Antonín. Environmentálně šetrné resilientní bytové domy: Hodnocení resilience modelového bytového domu ve variantách pro projekt TAČR TH02030797 [online]. UCEEB, 2019 [cit. 2019-02-15]. Dostupné z:
    https://www.uceeb.cz/projekty/environmentalne-setrne-resilientni-bytove-domy. ČVUT.
13. SBToolCZ. ČESKÁ RADA PRO ŠETRNÉ BUDOVY: Certifikace [online]. [cit. 2019-02-28]. Dostupné z:
    https://www.czgbc.org/cs/pracovni-skupiny/certifikace-budov