Épületek életciklus szemléletű optimalizációja BME EM 2015.12.08. Előadó:, adjunktus, BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék BME EM 2015.12.09
Az EU céljai 2020-ig - Az energia felhasználás csökkentése 20%-kal - Az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése 20%-kal - A megújuló energia arányának 20%-ra növelése a teljes energia felhasználásban 2050-ig - Az üvegházhatású gázok kibocsátásának 80%-kal való csökkentése az 1990 szinthez képest Az épületek - Az EU energiafogyasztásának közel 40%-áért felelősek - Jelentős a költséghatékony megtakarítási potenciál - Szigorodó energetikai szabályozások 2. dia /34
Közel nulla energiaigényű épületek 2010/31/EU irányelv az épületek energiahatékonyságáról EPBD Recast - 2020. december 31 után valamennyi új épület közel nulla energiaigényű épület legyen; - 2018. december 31. után a hatóságok által használt vagy tulajdonukban levő új épületek közel nulla energiaigényű épületek legyenek; - A tagállamoknak nemzeti terveket kell készíteni a közel nulla energiaigényű épületek számának növelésére A közel nulla energiaigényű épület definíciója: - Energetikai minősége magas - Az energiaigény közel nulla vagy nagyon alacsony - Az energiaigényt nagyon jelentős mértékben megújuló energiából kell fedezni Pontos követelményt a tagállamoknak kell kidolgozni 3. dia /34
4. dia /34
Fűtési energiaigény Beruházási költségek Környezeti hatások 5. dia /34
Milyen az optimális energetikai célú épületfelújítás? 7/2006 rendelet szerinti? Alacsony energiaigényű? Passzívház szint? 6. dia /34
Milyen az optimális energetikai célú épületfelújítás? Korlátos erőforrások 7. dia /34
Milyen az optimális energetikai célú épületfelújítás? Kiindulási állapot Felújított állapot Optimális állapot Cél: a rendelkezésre álló erőforrások minél hatékonyabb használata 8. dia /34
Épületek életcikluselemzése EN 15978 Forrás: EN 15978 9. dia /34
Nyersanyag kitermelése Szállítás Gyártás Szállítás Építési folyamat, kivitelezés Használat Karbantartás Javítás Csere Felújítás Bontás Szállítás Hulladékfeldoglozás Deponálás X. Életciklus elemzési szakmai nap Épületek életútja EN 15978 ÉPÜLET ÉRTÉKELÉS AZ ÉPÜLET ÉLETCIKLUSA AZ ÉPÜLET ÉLETCIKLUSÁN TÚL A 1-3 A 4-5 TERMÉK SZAKASZ ÉPÍTÉSI FOLYAMAT A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 B 1-7 HASZNÁLAT C 1-4 ÉLETÚT VÉGE D ELŐNYÖK ÉS TERHELÉSEK, A RENDSZERHATÁRON KÍVÜL Újrahasználati-, újrahasznosítási- ill. energetikai hasznosítási potenciál szcenáriószcenárió szcenáriószcenáriószcenáriószcenáriószcenárió szcenáriószcenáriószcenáriószcenárió Üzemeltetési energia B6 felhasználás szcenárió B7 Használati víz felhasználás szcenárió Forrás: EN 15978 10. dia /34
Globális költség Az Európai Bizottság 244/2012/EU felhatalmazáson alapuló rendelete 11. dia /34
Globális költség 20/ 30 éves számítási időszakra Globális költség 30 évre = Kezdeti beruházási költség Összegzett éves költség, jelenértéken + - Maradványérték az időszak végén, jelenértéken Az Európai Bizottság 244/2012/EU felhatalmazáson alapuló rendelete 12. dia /34
Költséghatékonyság az energetikai tanúsításban 176/2008. (VI. 30.) Korm. rendelet az épületek energetikai jellemzőinek tanúsításáról, 2013-ban hatályba lépett új paragrafus: A tulajdonos kérésére az adott épület gazdasági élettartama alatti költséghatékonysági számítás is készíthető a) az MSZ EN 15459 szabványban leírt vagy azzal egyenértékű módszerrel, vagy b) az Európai Bizottság 244/2012/EU felhatalmazáson alapuló rendeletében meghatározott módszertan szerint. A számításban a legalacsonyabb költséget az energiához kapcsolódó befektetési költségek, a karbantartási és üzemeltetési költségek (ezen belül az energiaköltségek és -megtakarítások, az épület fajtája és adott esetben az előállított energiából származó bevételek), valamint az ártalmatlanítási költségek figyelembevételével kell meghatározni. Amennyiben a tanúsítvány javaslata nem tartalmaz költséghatékonysági számítást, a tanúsítványban fel kell tüntetni, hol kaphat a tulajdonos, illetve a bérlő további információt a felújítások gazdaságosságára és megvalósítására. 13. dia /34
Családi ház, Felsőgöd Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014 14. dia /34
Családi ház, Felsőgöd Kétszintes családi ház beépített tetőtérrel és részleges pincével - Épült két szakaszban: 1972-1974, ill. 1992 - Teljes nettó alapterület 260 m2 Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014 15. dia /34
Szerkezetek Szerkezet Anyagok U-érték (W/m2K) Követelmény U (W/m2K) R1- Külső fal 30 cm B30 fal 1,23 0,45 U1- Külső fal 38 cm Porotherm N+F fal 0,4 0,45 R3- Magastető 15 cm hőszigetelés szarufák között, bitumenes zsindelytető U5 Magastető 15 cm hőszigetelés fatartók között, bitumenes zsindelytető 0,27 0,25 0,26 0,25 R4 Pincefödém Horcsik födém salakfeltöltéssel 1,18 0,5 U4 Pincefödém 18 cm mon. vb födém, úsztatott 0,59 0,5 aljzattal R - Nyílászárók Kapcsolt gerébtokos és 2,7-2,8 1,6 egyesített szárnyű ablakok U - Nyílászárók Kétrétegű hőszigetelt ablakok 2,6 1,6 16. dia /34
Energetikai tanúsítás energopttal Fűtés: Régi részben fatüzelésű kazán Új részben: áll. hőmérsékletű gázkazán Energiaigény: - Primer fűtési energiaigény: 189 kwh/m2év - E energetikai besorolás (átlagosnál jobb) 17. dia /34
Milyen az optimális energetikai célú épületfelújítás? Számított fűtési energiaköltség: 695e Ft/év! Csökkentsük minél nagyobb mértékben a fűtési energiaköltséget és a globális költséget! 18. dia /34
Fűtési költség 30 évre [Ft] X. Életciklus elemzési szakmai nap Mérnöki optimalizáció: szerkezetenként Fűtési költség - Grafit EPS falra 23 500 000 22 500 000 21 500 000 20 500 000 19 500 000 18 500 000 Hol a minimum pont? 17 500 000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Hőszigetelés vastagsága [cm] A külső régi fal hőszigetelése grafit EPS hőszigetelő anyaggal, eredeti U=1,23 W/m2K 19. dia /34
Globális költség 30 évre [Ft] X. Életciklus elemzési szakmai nap Globális költség 30 év alatt 23 500 000 Globális költség - Grafit EPS falra 22 500 000 21 500 000 20 500 000 19 500 000 18 500 000 17 500 000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Hőszigetelés vastagsága [cm] A külső régi fal hőszigetelése EPS hőszigetelő anyaggal, eredeti U=1,23 W/m2K Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014 20. dia /34
Egy fal különböző anyagok A külső régi fal hőszigetelése különböző hőszigetelő anyagokkal Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014 21. dia /34
Egy fal különböző anyagok Hőszigetelés kőzetgyapottal a régi (U=1,23 W/m2K) és az új rész falán (U=0,4 W/m2K) Forrás: Váraljai Eszter, MSc szakdolgozat, BME 2014 22. dia /34
Felújítási kombinációk Az épület lehűlő szerkezetei: - Külső fal: 2 féle - Magastető: 2 féle - Pincefödém: 2 féle - Padló/ lábazat: 2 féle - Terasz: 2 féle - Nyílászáró: 23 féle Fűtési rendszer: 2 féle * Felújítási lehetőségek: - Hőszigetelő anyagok: sokféle - Hőszigetelés vastagsága: 2 -? cm - Nyílászárók: sokféle Fűtési rendszer: sokféle = 10 30 10 40 kombináció!!! 23. dia /34
Fűtési energiaköltség X. Életciklus elemzési szakmai nap Optimális felújítás beruházás költsége 24. dia /34
Épületenergetikai optimalizáció matematikai modellezése Jól definiált, determinisztikus, parametrizált probléma 1. LÉPÉS Energetikai modell Termodinamikai modell Egyszerűsített modell 2. LÉPÉS Célfüggvény meghatározása q-érték EP-érték Globális költség 4. LÉPÉS Optimalizációs eljárások Próbálgatás Klasszikus (egzakt) Heurisztikus (kvázi) 3. LÉPÉS Adatbázisok Anyag adatbázis Munkaerő adatbázis www.energopt.hu Forrás: Dr. Csík Árpád 25. dia /34
Az energopt szakértői rendszer 27. dia /34
Source: http://blogs.varsity.co.uk/wp-content/uploads/2011/02/deep-blue.gif 28. dia /34
Mérnök kontra energopt 1. lépés: A meglévő épület fűtési energiaigényének számítása a szakértő rendszer energetikai kiértékelő moduljával 2. lépés: Beruházási költség meghatározása (2-5 M Ft) 3. lépés: Optimalizáció - Azonos adatbázis - Csak az épületburokhoz kötődő intézkedések - Egy gépi optimalizáció időigénye 3 perc egy laptopon, a teljes beruházási költség tartományra kb. 2 óra (Windows 7 operációs rendszer és Intel core i5-450m CPU, 2.4 GHz) - A mérnök ez esetben egy diplomázó hallgató, a rendelkezésre álló idő 1 hónap 29. dia /34
EnergOpt eredmények Szerkezet Hőszigetelés típusa A (m2) Hőszigetelés vastagsága (cm) Beruházási költség (Ft) R1 YTONG MULTIPOR (homlokzati) 58,69 10 474137 R2 YTONG MULTIPOR (homlokzati) 17,78 20 223076 R3 URSA DF 37 OPTIMUM 0.037 36,36 20 114963 R4 none 65,67 0 0 U1 none 58,12 0 0 U2 YTONG MULTIPOR (homlokzati) 47,95 6 301359 U3 YTONG MULTIPOR (homlokzati) 3,86 20 48422 U4 ROCKWOOL Airrock HD 17,28 5 140555 U5 URSA DF 37 OPTIMUM 87,89 20 259406 R5 CLIMATIZER PLUS 0.039 24,26 20 73371 erkély-r BACHL LTL EPS 100 7,9 20 28476 erkély-u ROOFMATE SL-A 0.036 10,67 10 76704 Nappali és TEGOLA GEMATHERM X3 (L) 16,64 4 54210 Konyha STYROFOAM IB-A 0.038 5,18 14 50025 Forrás: EnergOpt 30. dia /34
Globlális költség (millió Ft) X. Életciklus elemzési szakmai nap Az optimalizáció eredménye EnergOpt 14,4 14,2 14,0 13,8 13,6 13,4 13,2 13,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Beruházási költség (millió Ft) 31. dia /34
Globális költség (millió Ft) X. Életciklus elemzési szakmai nap Az optimalizáció eredménye összehasonlítás 22 20 18 16 14 12 10 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Beruházási költség (millió Ft) Kiindulási Mérnöki EnergOpt 32. dia /34
A felújítás hatékonysága - fogalmak Megtakarítási potenciál Kiindulási állapot Felújított állapot Optimális állapot A felújítás hatékonysága Beragadt potenciál 33. dia /34
A mérnöki felújítás hatékonysága globális költség alapján Kiindulási globális költség (Ft) 20 138 428 20 138 428 20 138 428 20 138 428 Beruházási költség (Ft) 3 009 911 3 825 725 4 358 869 5 729 940 Megtakarítási potenciál (Ft) 6 349 773 6 825 349 6 876 676 6 876 676 Éves fűtési költség, Mérnök 475650 425774 390305 307110 Éves fűtési költség, EnergOpt 359291 316245 296763 251060 Beragadt potenciál (%) 55% 48% 41% 24% Felújítás hatékonysága (%) 45% 52% 59% 76% Éves szinten kb. plusz 100 000 Ft fűtési energia költség megtakarítás az EnergOpttal 34. dia /34
Energopt rendszer előnyei - Az épületek energiamegtakarítási potenciál mértékének matematikai módszerekkel történő, tudományosan megalapozott meghatározása - Gyors, automatizált - Genetikus optimalizációs algoritmus - Energetikai tanúsításra is használható 36. dia /34
Alkalmazási lehetőségek - Optimalizált költség- és energiahatékony felújítások automatikus tervezése - A fűtési energia és költségmegtakarítás maximalizálása nemzeti és egyéni szinten - A felújítás optimális beruházási költségének tervezése - Energiahatékonyságot ösztönző támogatási, pályázati rendszer informatikai hátterének megalapozása - Banki hitelkonstrukciók hitelkockázat csökkentése - Környezetterhelés csökkentése 37. dia /34
Köszönöm a figyelmet drzsuzsaszalay@gmail.com dr.arpad.csik@gmail.com www.energopt.hu 38. dia /34
Köszönetnyilvánítás A publikáció elkészítése során használt EnergOpt szoftver a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség (korábban Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal) támogatásával került kifejlesztésre a Baross Gábor pályázati program keretein belül. Szerződésszám: ND07- ND-INRG5-07-2008-0059. A publikált kutatási tevékenységet a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0041 projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális alap társfinanszírozásával valósult meg. A mérnöki számításokat Váraljai Eszter végezte MSc szakdolgozata keretében. 39. dia /34