Nejnavštěvovanější odborný portál
pro stavebnictví a technická zařízení budov
estav.tvnový videoportál

Posúdenie budovy z hladiska uhlíkovej stopy a cirkulárnej ekonomiky

Stavebný priemysel je primárny zdroj environmentálnych vplyvov, najmä uhlíkovej stopy. Hodnotenie životného cyklu (LCA) sa používa na hodnotenie vplyvu skúmanej budovy na životné prostredie. Náklady na životný cyklus (LCC) z pohľadu cirkulárnej ekonomiky vytvárajú ekonomický model uprednostňujúci opätovné použitie a recykláciu. Cieľom tohto príspevku je posúdiť rezidenčnú budovu z hľadiska uhlíkovej stopy pomocou analýzy LCA a cirkulárnej ekonomiky pomocou analýzy LCC. Rezidenčná budova spôsobuje 1 756 ton CO2e , čo predstavuje 41,35 kg CO2e/m2/rok. Celkové odhadované náklady životného cyklu budovy v nominálnom vyjadrení sú 1 694 699,61 €. Priemerné celkové náklady životného cyklu 1 995,21 €/m2.

Logo JUNIORSTAV 2022

Článek byl vydán v rámci odborné konference doktorského studia Juniorstav 2022. Byl oceněn a recenzován odbornou porotou a okomentován spolupracovníky redakce TZB Info.

1. Úvod

Nadmerné využívanie dostupných zdrojov a neustále sa rozvíjajúce mestá mali dôsledky v podobe znečistenia a nerovnováhy životného prostredia. Stavebný priemysel a jeho miestne a globálne dodávateľské reťazce sú zodpovedné za značné množstvo nesprávneho prideľovania zdrojov a využívania energie v kombinácii s emisiami skleníkových plynov (GHG). Udržateľnosť je široký pojem zahŕňajúci tri aspekty – ochranu životného prostredia, sociálnu rovnosť a ekonomickú bezpečnosť. Cirkulárna ekonomika je nevyhnutným predpokladom udržateľnosti [1]. Cirkulárna ekonomika (CE) poskytuje širokú škálu riešení na predĺženie životnosti budov s cieľom oddeliť vplyv na životné prostredie a ekonomický rast znížením spotreby surovín a predchádzaním vzniku odpadu udržiavaním hodnoty produktov čo najdlhšie. V strednej Európe je potrebné posunúť sa smerom k správnej hierarchii odpadu, od recyklácie po predchádzanie vzniku odpadu a opätovné použitie produktov a komponentov. Jedným zo spôsobov podpory CE by mohlo byť hodnotenie životného cyklu (LCA), ktoré sa stáva súčasťou predpisov a stáva sa kľúčovým nástrojom environmentálneho manažmentu v stavebníctve [2]. Stavebníctvo tvorí až 39 % celkových emisií CO2 a približne 35 % celkového toku odpadu zo skládok [3]. LCA sa v súčasnosti vo veľkej miere využíva na hodnotenie vplyvov budov a zastavaného prostredia na životné prostredie vzhľadom na rastúci záujem o využívanie zdrojov v stavebníctve; spotreba energie počas ich prevádzky; likvidácia odpadu po skončení životnosti budov a súvisiace environmentálne dôsledky [4]. Tento článok hodnotí rezidenčnú budovu z hľadiska uhlíkovej stopy pomocou LCA a CE jej vplyv na životné prostredie a ekonomiku. Môže byť budova bez negatívnych vplyvov na životné prostredie zároveň predražená? Túto otázku kladiem v tomto článku.

2. Uhlíková stopa

Pojem uhlíková stopa sa používa na označenie celkového množstva emisií CO2 a iných skleníkových plynov (GHG), za ktoré je zodpovedná osoba alebo organizácia. Uhlíkovú stopu teda možno charakterizovať ako celkové množstvo CO2 a iných skleníkových plynov emitovaných počas životného cyklu produktu alebo služby [5]. Uhlíková stopa je podkategóriou ekologickej stopy [6].

Podľa Kjótskeho protokolu existuje šesť hlavných skleníkových plynov s potenciálom spôsobiť zmenu klímy, pričom každý z nich má iný potenciál globálneho otepľovania. Na uľahčenie bola vplyvu otepľovania CO2 priradená hodnota jedna a potenciál globálneho otepľovania iných skleníkových plynov sa používa na premenu bezuhlíkových plynov na ekvivalenty CO2 [5].

Potenciál globálneho otepľovania (GWP)

Potenciál globálneho otepľovania (GWP) spôsobený emisiami skleníkových plynov sa vzťahuje na oxid uhličitý CO2 a vyjadruje sa ako ekvivalent oxidu uhličitého CO2e [7]. Pomocou GWP môžeme určiť uhlíkovú stopu produktu. GWP je toľko tepla (infračerveného žiarenia) koľko zachytí jednotka skleníkového plynu v atmosfére počas daného obdobia v porovnaní s tým, čo je zachytené v rovnakom množstve oxidu uhličitého (CO2) [8].

Hodnotenie životného cyklu (LCA)

Uhlíková stopa môže byť hodnotená pomocou metódy LCA a vyjadrená prostredníctvom potenciálu globálneho otepľovania GWP. Životný cyklus budovy zahŕňa všetky etapy od jej vzniku cez vývoj počas života až po jej zánik. Naším cieľom je preto znižovať vplyv budov na životné prostredie počas celého životného cyklu budov [9].

Analýza životného cyklu budovy je riešená metódou LCA, ktorá hodnotí vplyv výstavby od prvej etapy ťažby, získavania materiálu, výroby stavebných konštrukcií cez zaťaženie počas prevádzky a aktívnej životnosti budovy až po likvidáciu odpadu a demoláciu [10]. Podľa tohto hodnotenia je možné stavbu posúdiť v rámci systémových hraníc:

  • „od kolísky po bránu“ alebo „od kolísky po bránu s možnosťami“,
  • „od kolísky po hrob“,
  • „od kolísky ku kolíske“ [9].

Náklady na životný cyklus (LCC)

Náklady na životný cyklus sa môžu vykonávať v ktorejkoľvek fáze životného cyklu budovy. Náklady na životný cyklus (LCC) sú celkové náklady spojené s projektovaním a výstavbou budovy, prevádzkou a údržbou budovy, s výnimkou nákladov spojených s demoláciou budovy na konci jej životného cyklu.

Medzinárodná norma ISO 15686-5: 2008 poskytuje jasnú štruktúru rozpisu nákladov na zložky nákladov životného cyklu budovy, ktorá zahŕňa štyri hlavné kategórie, ktorými sú: 1. náklady na návrh a výstavbu, 2. prevádzkové náklady, 3. náklady na údržbu a 4. koniec – životné náklady. V rámci každej kategórie sú navrhnuté podrobnejšie zložky nákladov na pokrytie všetkých relevantných nákladov spojených s vlastníctvom budovy počas jej životného cyklu [11].

3. Metódy a materiály

Prípadová štúdia – rezidenčná budova

Rezidenčná budova sa nachádza v Poprade. Hrubá podlahová plocha je 849,38 m2 na štyroch podlažiach. Budova je súčasťou komplexu štyroch rovnakých bytových domov a spĺňa tepelnotechnické požiadavky pre kategóriu A0 (nulová budova). Stavba má murovaný nosný systém z pálených tehál; stropy sú tvorené železobetónovými doskami hrúbky 160 mm. Budova je zateplená izoláciou Greywall EPS (expandovaný polystyrén). Hodnoty energetickej spotreby budovy sú 42,4 kwh/m2 a elektrickej energie a 68,8 kwh/m2. Uhlíková stopa obytnej budovy bola vypočítaná na 1 m2 podlahovej plochy za obdobie 50 rokov. Materiály použité v rezidenčnej budove, ich množstvo a cena sú uvedené v tab. 1.

Tab. 1 Materiály, množstvo a náklady
CLASSQUANTITYUNITCLASSQUANTITYUNIT
FOUNDATION BEAM
Aggregate (crushed gravel)19,272m3559Ready-mix concrete C25/30164,784m324 965
Ready-mix concrete C16/2013,178m31 996Reinforcement steel (rebar)5,863ton3 548
Ready-mix concrete C25/3042,268m36 404Reinforcement steel (rebar)12,583ton7 614
Reinforcement steel (rebar)1,82ton1 101Ready-mix concrete C25/305,148m3776
Ready-mix concrete C25/3099,74m315 111Reinforcement steel (rebar)0,651ton394
Formwork blocks5,825m279Ready-mix concrete C25/303,229m3489
Formwork blocks63,9m2746Reinforcement steel (rebar)0,361ton218
Reinforcement steel (rebar)0,628ton380PVC roofing membrane324m22 494
Aggregate (crushed gravel)39,875m31 156Geotextile324m2279
Geotextile52,65m245EPS 150 mm11,9m3827
Geotextile66,603m257EPS 150 mm17,2m31 195
Asphalt penetration varnish70,042kg538PIR insulation 200 mm232m23 371
EXTERNAL WALL Asphalt roofing membrane262m21 782
Clay brick 25190,127m321945Bitumen roofing membrane262m21 782
Clay brick 2027,832m31 548Penetration68kg143
Clay brick 2552,93m33 460Oriented strand board (OSB)262m22 835
Clay brick 2in17,057m3815PE foil809,12m2785
Masonry lintel2m23EPS 100 S 50 mm214,19m2169
Masonry lintel85m988EPS 100 S 100 mm214,19m2169
Masonry lintel3m35EPS acoustic floor slab2,681m23
Clay brick 11,5 P10318,396m315 824Rock wool insulation panels623,095m2683
Clay brick 14 P10264,689m21 779FINISH
Formwork blocks30,03m21 779Lime plaster480kg62
Aerated concrete38,64m2804Penetration3011,254m26 324
Extruded polystyrene (XPS)70,8m21 415Acrylic dispersion paint140kg672
EPS 70 F 100 mm90,8m2579Dispersion-based interior paints2200kg10 560
Greywall EPS 100 mm61,546m2478Reinforcement steel (rebar)9,6ton5 856
Greywall EPS 150 mm612,866m27 141DPL laminated flooring618,375m22 962
Greywall EPS 180 mm59,024m2825Ceramic tiles231,663m21 297
SITE Waterproofing217,492m21 183
Ready-mix concrete C12/152,808m3510Silica (sand)30,552kg5
Aluminium plinth68,3m464Silicone resin plaster95,475kg372
Aggregate (crushed gravel)5,265m3153Screed mortar1737kg499
OTHER Screed mortar722kg207
Ready-mix concrete C25/306,889m31 044Screed mortar2 000kg574
Reinforcement steel (rebar)0,766ton464Ready mix screed21 976,071kg31 138
DOOR and WINDOW Textile mesh71,971m2297
External door26,792m20Silicone resin plaster1 904,1kg3 515
External door27m23 828Lime-cement plaster71 000kg9 230
External door87m27 846Dry mortar mixture3 200kg4 368
Window173,51m234 876Lime-cement plaster14 000kg1 820
Interior door86,68m20Glass fibre mesh89,02m2191

LCA analýza

Na analýzu vplyvov budovy na životné prostredie bol použitý softvér One Click LCA, ktorý pracuje v súlade s EN 15987, STN EN ISO 14040 a ISO 14044 pre systémovú hranicu „od kolísky po bránu s možnosťami“. Vplyvy na životné prostredie boli zisťované na celkovej podlahovej ploche budovy za obdobie 50 rokov. Hodnotenie LCA zahŕňa tieto fázy: etapa produktu (A1–A3), doprava z výroby na stavenisko (A4), výmena (B4), renovácia (B5), spotreba energie (B6), spotreba vody (B7), fáza konca životnosti (C1–C4), modul D.

LCC analýza

Kalkulácia životného cyklu sa vykonáva pomocou softvéru One Click LCA v súlade s normou ISO 15686-5 pri dodržaní štruktúry normy EN 16627. Analýza nákladov životného cyklu zahŕňa fázu produktu (A0–A5), výmenu (B4), renováciu (B5), prevádzkovú spotrebu energie (B6), prevádzkovú spotrebu vody (B7) a fázu konca životnosti (C1–C4).

4. Výsledky a diskusia

LCA – potenciál globálneho otepľovania GWP

V kategórii GWP má najväčší podiel na emisiách CO2e prevádzková energetická fáza B6 až 78,6 %, nasleduje produktová fáza s 13 %, kde najnegatívnejší vplyv na vývoj majú použité tehly, malty a potery 25,5 % a 18,1 % životné prostredie. Fázou s najnižším podielom CO2e je doprava s podielom 0,6 %. Spotreba elektriny a energie sú hlavnými prispievateľmi CO2e .

Celý objekt komplexne vytvára emisie CO2e v rozsahu 1 756 ton CO2e , čo je 41,35 kg CO2e/m2/rok. Etapy, ktoré najviac prispievajú k uhlíkovej stope, sú prevádzková energia B6, produkt A1–A3 a obnova a renovácia B4–B5. Fáza transportu A4 najmenej vplýva na emisie. Výsledky sú uvedené na obrázkoch 1 a 2.

LCC výsledky

Celkové odhadované náklady životného cyklu budovy v nominálnej hodnote sú 1 694 699,61 €. Celkové náklady životného cyklu na hrubú podlahovú plochu sú 1 995,21 €/m2 (1 694 699,61 €/849,5 m2). Tabuľka Tab. 1 poskytuje celkový súhrn odhadovaných nákladov na životný cyklus a hmotnosti. Náklady na energiu tvoria 52,0 % z celkového rozpočtu životného cyklu. Okrem nákladov na energie predstavujú náklady na výstavbu 16,8 % a náklady na údržbu budovy 17,5 %.

Obr. 1 Potenciál globálneho otepľovania GWP
Obr. 1 Potenciál globálneho otepľovania GWP
Obr. 2 Náklady na životný cyklus stavby
Obr. 2 Náklady na životný cyklus stavby
 

Diskusia

Uhlíková stopa rezidenčnej budovy bola určená prostredníctvom GWP pomocou LCA. Predpokladaná životnosť bola vypočítaná na obdobie 50 rokov, čo sa bežne používa pri hodnotení LCA v stavebníctve. Celá budova produkuje emisie CO2e v rozsahu 1 756 ton, čo predstavuje 41,35 kg CO2e/m2/rok a 2 065 kg CO2e/m2 . V porovnaní so štúdiou rezidenčných budov z juhovýchodného Turecka [12], ktorá hodnotí 5poschodovú budovu a 13poschodovú budovu, spôsobuje budova hodnotená na Slovensku menej emisií CO2e . Rozsahy emisií v budovách sa pohybujú od 3 956 do 5 809 kg CO2e/m2 .

V budovách sa posudzovali aj náklady na životný cyklus. Celkové náklady na životný cyklus sa odhadujú na 7,28 milióna USD, čo je 6,4 milióna € pre 5poschodovú budovu a 1,72 milióna USD, čo je 1,5 milióna € pre 13poschodovú. Náklady na stavbu tvoria 52–49 % z celkových LCC, pričom najdrahšie položky sú základy a podlahy. V porovnaní s riešenou stavbou na Slovensku, ktorá má celkové odhadované náklady životného cyklu 1,69 mil. €, majú vyššie náklady [12].

5. Záver

Stavebné konštrukcie sa vyrábajú zo širokého spektra zdrojov energeticky náročnými procesmi, od ťažby surovín až po konečnú fázu likvidácie. Energeticky náročné procesy spotrebúvajú veľké množstvo energetických zdrojov a produkujú značné emisie a odpad. Vplyvy na životné prostredie spojené s výstavbou zahŕňajú ťažbu materiálu,prepravu, výrobu produktu, fázu prevádzky, obnovu, koniec životnosti a recykláciu. Tieto fázy majú tiež značné ekonomické náklady. Posúdenie vplyvu na životné prostredie a nákladov na budovu ako celok je zložitá úloha, pretože si vyžaduje posúdenie všetkých jej prvkov a štádií životného cyklu [13]. Výsledky tejto štúdie poukazujú na to, že na uhlíkovej stope sa najviac podieľa prevádzková energia (78,6 %) a zároveň najväčšie náklady spôsobuje prevádzková energia. Množstvo emisií CO2e je ovplyvnené nielen výberom materiálov, ale aj celkovou hrubou podlahovou plochou. Budúce výskumné práce budú zamerané na hĺbkovú analýzu a porovnanie environmentálnych a ekonomických aspektov viacerých budov s cieľom nájsť environmentálne priaznivé opatrenia.

Poďakovanie

Táto štúdia bola finančne podporená Grantovou agentúrou Slovenskej republiky na podporu projektu č. 1/0512/20 a 1/0832/21.

Použité zdroje

  1. MHATRE, Purva, Vidyadhar GEDAM, Seema UNNIKRISHNAN a Sanjeev VERMA. Circular economy in built environment – Literature review and theory development. Journal of Building Engineering [online]. 2021, 35 [cit. 2021-11-27]. ISSN 23527102.
  2. JOENSUU, Tuomo, Roosa LEINO, Jukka HEINONEN a Arto SAARI. Developing Buildings’ Life Cycle Assessment in Circular Economy-Comparing methods for assessing carbon footprint of reusable components. Sustainable Cities and Society [online]. 2021 [cit. 2021-11-27]. ISSN 22106707.
  3. KAMALI, Mohammad, Kasun HEWAGE a Rehan SADIQ. Conventional versus modular construction methods: A comparative cradle-to-gate LCA for residential buildings. Energy and Buildings [online]. 2019, 204 [cit. 2021-11-27]. ISSN 03787788.
  4. JOENSUU, Tuomo, Roosa LEINO, Jukka HEINONEN a Arto SAARI. Developing Buildings’ Life Cycle Assessment in Circular Economy-Comparing methods for assessing carbon footprint of reusable components. Sustainable Cities and Society [online]. 2021 [cit. 2021-11-27]. ISSN 22106707.
  5. EAST, Andrew John. What is a carbon footprint? An overview of definitions and methodologies. In: Vegetable industry carbon footprint scoping study—Discussion papers and workshop, 26 September 2008. Horticulture Australia Limited. 2008.
  6. ŠTEVO, Stanislav. Uhlíková stopa bývania v globalizovaných domoch. TZB Haustechnik. roč. 25: 16–20.
  7. AMOO, Leye M. a R. LAYI FAGBENLE. Climate change in developing nations of the world. Applications of Heat, Mass and Fluid Boundary Layers [online]. Elsevier, 2020, 2020, s. 437-471 [cit. 2021-11-27]. ISBN 9780128179499.
  8. SHINE, Keith P. The global warming potential—the need for an interdisciplinary retrial. Climatic Change [online]. 2009, 96(4), 467-472 [cit. 2021-11-27]. ISSN 0165-0009.
  9. KRAJCSOVICS, Lorant, Henrich PIFKO a Tatiana PIFKOVÁ. Ukážka energetickej efektívnosti a využitie obnoviteľných zdrojov energie na príklade verejných budov. Zručnosti a príklady. Národný školiaci materiál (CEC5, 3sCE412P3).
  10. PIFKO, Steven, Diego JANCHES, Sigrid CLOSE, Jonathan SPARKS, Takuji NAKAMURA a David NESVORNY. The Meteoroid Input Function and predictions of mid-latitude meteor observations by the MU radar. Icarus [online]. 2013, 223(1), 444-459 [cit. 2021-11-27]. ISSN 00191035.
  11. DWAIKAT, Luay N. a Kherun N. ALI. Green buildings life cycle cost analysis and life cycle budget development: Practical applications. Journal of Building Engineering [online]. 2018, 18, 303-311 [cit. 2021-11-27]. ISSN 23527102.
  12. ATMACA, Adem. Life-cycle assessment and cost analysis of residential buildings in South East of Turkey: part 2—a case study. The International Journal of Life Cycle Assessment [online]. 2016, 21(7), 925-942 [cit. 2021-11-27]. ISSN 0948-3349.
  13. ISLAM, Hamidul, Margaret JOLLANDS a Sujeeva SETUNGE. Life cycle assessment and life cycle cost implication of residential buildings—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews [online]. 2015, 42, 129-140 [cit. 2021-11-27]. ISSN 13640321.
 
Komentář recenzenta komentář k vítěznému již recenzovanému článku: Ing. Antonín Lupíšek, Ph.D., ředitel pro vědu a výzkum UCEEB, ČVUT Praha

Téma vítězného článku soutěže JUNIORSTAV je dobře zvolené a vysoce aktuální. Za UCEEB mohu doporučit projekt Mezinárodní energetické agentury, jehož průběžné výsledky byly volně zpřístupněny ve speciálním čísle časopisu Buildings & Cities. Náš výzkumný tým se od roku 2019 účastní projektu Posuzování environmentálních dopadů životního cyklu budov. V jeho rámci se snaží přispět k mezinárodní harmonizaci výpočtu a deklarace uhlíkové stopy budov. Dalším cílem je zjistit význam dopadů výroby stavebních produktů v celém životním cyklu budov a najít způsob využití BIM (Building Information Management) pro usnadnění predikce uhlíkové stopy budov už v raných fázích jejich návrhu. Průběžné výsledky projektu byly volně zpřístupněny v angličtině ve speciálním čísle časopisu Buildings & Cities s podtitulem Uhlíkové metriky pro budovy a města: Hodnocení a řízení emisí skleníkových plynů napříč měřítky. Na rostoucí význam skleníkových emisí spojených s výrobou stavebních materiálů upozorňuje článek Embodied GHG emissions of buildings – The hidden challenge for effective climate change mitigation. Touto problematikou se podrobně zabývá také kniha Embodied Carbon in Buildings: Measurement, Management and Mitigation.

English Synopsis
Assessment of Building in Terms of Carbon Footprint and Circular Economy

The construction industry is the primary source of environmental impacts, especially the carbon footprint. Life cycle assessment (LCA) as an analytical method is used for quantifying the environmental impact of the investigated residential building. Life cycle costs (LCC) from the point of view of the circular economy create an economic model prioritizing reuse and recycling. The aim of this paper is to assess the residential building in terms of carbon footprint, using LCA analysis and circular economy, using LCC analysis. The residential building emits 1 756 tons of CO2e , which represents 41.35 kg CO2e/m2/year. The total estimated life cycle cost of the building in nominal terms is 1 694 699.61 €. This is the average total life cycle cost of 1 995.21 €/m2.

 
 
Reklama