Életciklus elemzés Forrásmunkák Szalay Zsuzsa PhD értekezés (BME) Szalay Zs Zöld A What is misszing in the EPBD (Building and Environment) Az életciklus-elemzés számszerűsíti a termékhez kötődő energia és potenciális környezeti hatásokat, figyelembe véve a termék teljes élettartamát a nyersanyag kitermelésétől kezdve a gyártáson, használaton keresztül az életút végén az ártalmatlanításig, újrahasznosításig-lerakásig (azaz a bölcsőtől a sírig ) Környezeti hatások például az erőforrások használata vagy a különböző környezeti problémához való hozzájárulás (klímaváltozás, savasodás, ózonréteg vékonyodása, stb) A módszer előnye, hogy komplexitása révén kiküszöböli a problémák áthárítását az egyik életszakaszból, földrajzi helyről vagy környezeti közegből egy másikba
Életciklus-elemzés készíthető egy építőanyagra, épületszerkezetre vagy akár teljes épületre is Az épületek például nemcsak a működtetésükhöz szükséges energiafelhasználás révén gyakorolnak hatást a környezetre, de az alkalmazott építőanyagok kitermelése, gyártása, szállítása, beépítése, majd karbantartása, cseréje és bontása/ ártalmatlanítása is energiafelhasználással és károsanyag kibocsátással jár Az életciklus-elemzés segítségével feltérképezhető a teljes életciklus különböző szakaszaiban okozott környezetterhelés Szabványok: ISO 14040 és 14044 Kifejezetten épületek környezeti értékelésére vonatkozik az EN 15978 15643-1,2, FprEN 15643-3,4) Az elemzés minden szakasza az ún funkcionális egységre vonatkozik A funkcionális egység a vizsgálat vonatkoztatási alapja, mely a termékrendszer által nyújtott teljesítményt, funkciót, szolgáltatást jellemzi Ha két különböző hőszigetelő anyag környezeti tulajdonságait szeretnénk összehasonlítani, félrevezető lenne csupán az egy kilogrammra vetített környezetterhelést tekinteni Megfelelő lehet azonban azonos hővezetési ellenállású szigeteléseket nézni A funkcionális egység ez esetben például 1 m2 falszerkezet hőszigetelésére alkalmas R = 3 m 2 K/W hővezetési ellenállású hőszigetelés Feltételezés: 50 éves időtartam Amennyiben a hőszigetelés várható élettartama rövidebb, mint a számítási időszak, a szükséges csere vagy felújítás anyagmennyiségét is meg kell határozni, ilyen módon az anyagok tartóssága közötti esetleges különbségek is figyelembe vehetőek
A termékrendszer az anyag- és energiaáramok révén összekapcsolt modulok, egységfolyamatok összessége a teljes életciklus alatt A termékrendszert a rendszerhatár választja el a környezettől, ill más termékrendszerektől A rendszerhatár megválasztása a vizsgálat céljától függ; megengedhető, hogy bizonyos, az elemzés szempontjából nem jelentős anyag- vagy energiaáramokat elhanyagoljunk Az életciklus-elemzés Cél és tárgykör meghatározás Leltárelemzés Értékelés Közvetlen alkalmazások: - termékfejlesztés - stratégiai tervezés - közzéteendő politika kialakítása - marketing - egyéb Hatásértékelés
A leltárelemzés a termékrendszer be- és kimeneteit számszerűsíti a funkcionális egységre vonatkoztatva A főbb be- és kimenetek a következő módon csoportosíthatóak: energia felhasználás, nyersanyag felhasználás; termékek, melléktermékek és hulladékok; károsanyag kibocsátás a levegőbe, vízbe vagy talajba (pl CO2, SO2, NOx, stb) Agyagbányászat - bánya - szállítás gyárig Téglagyártás: - alapanyag előkészítés, - formálás - szárítás - égetés - csomagolás Téglagyár infrastruktúrája - épületek - utak - zöld felületek
A hatásértékelés a potenciális környezeti hatások nagyságának megbecslése a leltárelemzés eredményei alapján Környezeti probléma, azaz egy hatáskategória lehet például az éghajlatváltozás, a savasodás vagy az ózonréteg vékonyodása Az éghajlatváltozás esetén bizonyos vegyületek hatására megnövekszik a légkör hővisszatartása, az üvegház hatás, azaz kevesebb hő lép ki a világűrbe Ennek következtében a földi hőmérséklet megnő Ez okozhatja az élőhelyek megváltozását, a fajok kihalását, stb, melyet a kategória végpontjának nevezünk (ez maga a károsodás)
Kiválasztás A hatásértékelés első lépéseként ki kell választani, hogy mely hatáskategóriákkal, kategória indikátorokkal és karakterizációs modellekkel fogunk dolgozni Osztályozás hozzárendelés? A leltárelemzés eredményei egy vagy több hatáskategóriához is tartozhatnak Ebben a lépésben az emissziókat, stb hozzárendeljük a megfelelő hatáskategóriához Az éghajlat-változás kategóriához például az üvegház hatású gázok (CO2, CFC, HCFC, CH4, stb) tartoznak Karakterizáció, jellemzés? A leltárelemzés eredményeinek közös nevezőre hozása, az azonos kategóriához tartozó eredmények összesítése a karakterizációs tényezők segítségével Az éghajlatváltozás példájánál maradva a karakterizációs tényezők az egyes üvegház hatású gázok globális felmelegedési potenciálja (GWP), melyet a CO 2 -hoz viszonyítva határoznak meg az üvegház hatás vagy hővisszatartó képesség alapján A metán az üvegház hatás szempontjából például a CO 2 -nál 21-szer erősebb hatású gáz, így 1 kg metán 21 kg CO 2 -egyenértéknek felel meg Miután minden üvegházhatású gázt felszoroztunk a karakterizációs tényezővel, ezek már az azonos mértékegység miatt összegezhetőek Így kapjuk meg a kategória indikátor eredményt kg CO 2 -egyenértékben
Normalizálás A normalizálás segíthet az eredmények értelmezésében, hiszen megmutatja a termékrendszer indikátor eredményeinek relatív jelentőségét A normalizálás során a hatáskategória indikátor eredményeket egy referenciaértékhez viszonyítják Ez lehet az adott évben és földrajzi régióban a tényleges összes vagy egy főre jutó környezetterhelés (pl a tényleges kibocsátások globális felmelegedési potenciálban kifejezve), vagy például környezetpolitikailag előirányzott célértékek vagy egy alternatív termék eredményei
Csoportosítás A hatáskategóriák csoportosítása (pl inputok-outputok, vagy globális/regionális/helyi lefedettség alapján) és/vagy a hatáskategóriák közötti hierarchia felállítása (pl magas, közepes, alacsony prioritás) Ez a lépés szubjektív mérlegeléssel jár; a különböző preferenciák alapján kialakított sorrendtől függően ugyanazon indikátor eredmények értékelése különböző lehet Súlyozás Különböző kategória eredmények összesítése felvett súlyok alapján A súlyok felvehetőek szakértők, szakértői panelek vagy más érdekelt felek véleménye szerint A súlyozás szükségszerűen szubjektív elemeket is tartalmaz, emiatt súlyozott eredmények nem közölhetőek önmagukban, mindig nyilvánossá kell tenni a súlyozás előtti eredményeket is
KUMULATÍV ENERGIAIGÉNY (CED) A módszer az egy termék vagy folyamat környezetre gyakorolt hatását egy paraméterrel jellemzi: az előállítás, használat és bontás primer energiában kifejezett teljes energiaigényével Ez minden közvetlen és közvetett (pl a gyár megépítése) energia felhasználást tartalmaz Az indikátor nem helyettesít egy teljes életciklus-elemzést, de általában jó tájékozódási alapot nyújt a környezetterhelés megítéléséhez Számos környezeti hatás, például a globális felmelegedés, savasodás, ózonképződés többé-kevésbé egyenesen arányos az energiaigénnyel, amennyiben a környezeti hatás döntő része fosszilis energiahordozók égetéséből származik A kumulatív energiaigény nem megújuló és megújuló energiaforrásokból származó energiafelhasználásra osztható A nem megújuló kategóriába tartozik a fosszilis tüzelőanyagok és az atomenergia felhasználása
Éghajlatváltozás (GWP): Az emberi tevékenységből származó különböző gázok felerősítik a természetes üvegházhatást A hőmérséklet emelkedésének lehetséges következményei a globális éghajlatváltozás, a csapadékeloszlás és a vegetációs zónák eltolódása, valamint a jégolvadás miatt a tengerszint emelkedése Az antropogén üvegházhatásért felelős ún üvegház-gázok közül legfontosabbak a szén-dioxid (CO 2 ), a metán (CH 4 ) és a fluor-klór-szénhidrogének (FCKW) A különböző gázok által okozott hatást az ún globális felmelegedési potenciállal (Global Warming Potential, GWP), avagy üvegház-potenciállal fejezzük ki Az üvegház gázok hatását a széndioxidhoz viszonyítjuk A metán az üvegházhatás szempontjából például a CO 2 -nál 21-szer erősebb hatású gáz, így 1 kg metán 21 kg CO 2 -egyenértéknek felel meg Savasodás (AP): A savas esőért elsősorban a kéndioxid (SO 2 ) és a nitrogénoxidok (NOx) okolhatók Ezek az anyagok elsősorban égési folyamatokból származnak, melyekért főként az ipar, a hőerőművek, a háztartások és a közlekedés a felelős Ezekből a gázokból oxidáció útján a légkörben kénes savak, kénsav, illetve nitrogénsav keletkeznek, amelyek a csapadék ph-értékét csökkentik A lehetséges következmények például az erdőpusztulás, a talaj savanyodása és az épületek károsodása A különböző emissziók hatását a SO 2 bázison kifejezett savasodási potenciállal (Acidification Potential, AP) jellemezzük
Sztratoszferikus ózonréteg károsodása (ODP): Az utóbbi években a földi élet számára veszélyes ultraibolya sugárzás nagy részét kiszűrő sztratoszferikus ózonréteg globálisan is vékonyodik Az ózon bomlásáért elsősorban a fluorklór-szénhidrogének okolhatók Ezeket az anyagokat többek között hűtőszekrényekben és klímaberendezésekben használják, hajtógázként történő alkalmazásuk (spray, habosítás) egyre inkább visszaszorulóban van Ugyanakkor más nyomgázok, például a halonok is hozzájárulnak az ózon bontásához, de használatuk jelentősen csökkent, Az ultraibolya sugárzás földfelszíni erősödése károsíthatja az emberek és állatok egészségét, a földi és vízi ökoszisztémákat, a biokémiai körforgást és az anyagokat Olyan megbetegedéseket okozhat, mint a bőrrák és a szürke hályog Az anyagok ózonkárosító potenciálját (Ozone Depletion Potential, ODP) a triklór-fluor-metánéhoz viszonyítjuk Épületek esetében: UV állóság, fadding, tetőszigetelés Eutrofizáció (EP): Az eutrofizációt a makro-tápanyag, elsősorban a nitrogén (N) és a foszfor (P) magas koncentrációja okozza A tápanyag feldúsulás a fajok összetételének nem kívánatos megváltozásához és megnövekedett biomassza termelődéshez vezethet a vízi és a szárazföldi ökoszisztémákban A magas tápanyag koncentráció emellett a víz ihatóságát is veszélyezteti A vízi ökoszisztémákban a megnövekedett biomassza képződés (alganövekedés) oxigénszint csökkenést és ezáltal halpusztulást okozhat Az anyagok eutrofizációs potenciálját (Eutrophication Potential, EP) a foszfáthoz viszonyítjuk
Foto-oxidánsok képződése - nyári szmog (POCP): A fotooxidánsok ultraibolya fény hatására a troposzférában képződnek, illékony szerves vegyületek (VOC) és szénmonoxid (CO) fotokémiai oxidációja során nitrogén-oxidok (NOx) jelenlétében A legfontosabb fotooxidáns az ózon és a peroxiacetilnitrát (PAN) Ezek a kémiai vegyületek károsíthatják az emberi egészséget, az ökoszisztámát, vagy akár a szántóföldi növénykultúrákat Az anyagok fotokémiai oxidációs potenciálját (Photo-oxidant formation, POCP) az etilénhez viszonyítjuk Épületek LCA elemzése (Life Cycle Analysis Bemenő Kimenő Építés EMISSZIÓK ENERGIA Karbantartás/felújítás VÍZ VÍZ Üzemeltetés HULLADÉK ANYAGOK Bontás és újrahasznosítás HULL HŐ ZAJ
AZ ECO-INDICATOR 99 MÓDSZER A hatásértékelés pontozásos módszere Az eco-indicator károrientált megközelítésre épül Három területet vizsgálnak: az emberi egészség károsodását, az ökoszisztéma minőségének romlását és az erőforrások kimerülését Az emberi egészséget érintő károsodások például a betegen eltöltött életévek (Disability Adjusted Life Years- DALY) számával jellemezik Az ökoszisztéma minőségének romlását a környezeti terhelés hatására adott területen eltűnő fajok aránya írja le Az erőforrások kimerülését az egy kilogramm kitermelt anyagra jutó többlet energiában mérik, amely abból származik, hogy a megmaradó erőforrást a jövőben csak egyre nagyobb energiabevitel árán lehet majd kitermelni, Az eredményeket a három területnek megfelelően könnyen értelmezhető és felhasználóbarát, de tudományosan alátámasztott ökopontokkal összegzik Az eco-indicator a vizsgált termék hatását a három területen egy-egy számmal fejezi ki
ÉPÍTÉSZET ÉPÜLETGÉPÉSZET HASZNÁLÓK - belső szerkezetek - határolószerk - fűtés (transzmissziós veszteség és szoláris nyereség) -fűtés (szellőzési veszteség és belső nyereségek) -HMV -elektromos berendezések -világítás ÉPÜLET
Német példák
V00 Alapeset Az alapeset egy szabadon álló kétszintes családi ház, amely éppen megfelel a jelenleg hatályos épületenergetikai követelményeknek (2015) Valamennyi ablakot kelet-nyugat tájolásúnak és részlegesen árnyékoltnak tételeztünk fel V01 Kedvezőbb tájolás Csak az ablakok tájolását változtattuk a téli szoláris nyereségek kedvezőbb hasznosítása érdekében: az ablakok 40-60%-a déli, 20-30%-a kelet-nyugati és a fennmaradó ablakok északi tájolásúak A mai szabályozásnak éppen megfelelő, K-Ny-i tájolású épülethez képest a kedvezőbb tájolású v01 épület beépített energiatartalma természetesen nem változik (az ábrán világoskék az építés, sötétkék a felújítás energiaigénye), a teljes energiaigény viszont 5%-kal csökken
V02 Fokozott hőszigetelés Következő lépésként a kedvező tájolás mellett az épület hőtechnikai minőségét javítottuk, úgy hogy az épülethatároló szerkezetek hőátbocsátási tényezője a 2020-ra javasolt követelményeknek megfelelő legyen A külső falak esetén ez 0,2 W/m 2 K, a felső zárófödémeknél 0,15 W/m 2 K, az alsó zárófödémeknél 0,25 W/m 2 K, az ablakoknál 1 W/m 2 K hőátbocsátási tényezőt jelent) Ezt az ablakok esetén háromrétegű, low-e bevonatos, nemesgáz töltetes ablakkal lehet kielégíteni, ezeknek az összesített sugárzásátbocsátó képessége azonban alacsonyabb (g=05 vs 065) A 2020-ra tervezett hőátbocsátási tényezőkkel épülő épület (v02) beépített energiatartalma magasabb, de a fokozott hőszigetelés révén a fűtési energiaigény jelentősen csökken, és a teljes kumulatív energiaigény a kiindulási épülethez képest 24%-kal kevesebb
V03 Kondenzációs gázkazán Az alacsony hőmérsékletű gázkazán helyett jobb hatásfokú kondenzációs gázkazánt alkalmaztunk A kondenzációs kazán beépítése (v03) a beépített energiatartalmat csak kis mértékben befolyásolja, de a jobb éves hatásfoknak köszönhetően további 5% összes energiamegtakarítás érhető el a v02 verzióhoz képest V04 Hővisszanyerővel ellátott mechanikus szellőzés A filtrációból/szellőztetésből származó hőveszteségek csökkentése érdekében hővisszanyerővel ellátott mechanikus szellőztetőrendszert tételeztünk fel A hővisszanyerő hatásfoka 80%, az elektromos áram fogyasztás 0,45 Wh/m 3 A légcsereszámot továbbra is n=0,5 1/h-nak vettük az eredmények összehasonlíthatósága érdekében Ez a lépés a hőveszteségek csökkenéséhez vezet, de új tételként megjelenik a légtechnika villamos energia igénye
V05 Még jobb hőszigetelés (passzívház szint) A további energia megtakarításra két út kínálkozik: vagy a hőszigetelési vastagságokat növeljük még tovább, vagy megújuló energiaforrásokat alkalmazunk Ebben a lépésben a hőszigetelési szintet növeltük annyira, hogy a nettó fűtési energiaigény megfeleljen a passzívház szabványban előírt 15 kwh/m 2 a értéknek Ha továbbmegyünk, és még vastagabb hőszigetelést teszünk a házra (v05) ezzel megfelelünk a passzívház szintnek a teljes életciklusra vetített energiaigény 3%-kal tovább csökken Ha azonban még tovább fokozzuk a hőszigetelést, már nem csökken tovább a teljes energiaigény: a passzívház szintű hőszigetelés optimálisnak tekinthető Extrém vastagságú hőszigeteléssel a megtakarítás már nem növelhető
V06 Még további hőszigetelés A következő lépésben azt vizsgáltuk, hogy érdemes-e a hőszigetelés vastagságát a passzívház szintnél is tovább fokozni
V07 Napenergia aktív hasznosítása A v07 változatban napkollektorokat és napelemeket is alkalmazunk Ezeknek a rendszereknek jelentős a gyártási energiaigényük, de az üzemeltetési szakaszban nagy mértékű energia megtakarítást érhetünk el velük: a napkollektorok révén csökken a használati melegvíz nem megújuló energiaigénye, a napelemek által termelt és helyben elfogyasztott vagy a hálózatba táplált energia pedig levonható az épület energiamérlegéből A teljes kumulatív energiaigény kb 20%-a a kiindulási épületének Az épületburok javítása helyett itt megújuló energiaforrásokat alkalmaztunk A hőszigetelési szint a v02-v04 verziónak felel meg A nyeregtetős épület egyik tetősíkjára (40 hajlásszög) szelektív síkkollektorokat helyeztünk, amelyeket használati melegvíz készítésre méreteztünk 60%-os szoláris részaránnyal A maradék felületre polikristályos napelemeket feltételeztünk A tetőfelület tájolását délkelet-dél-délnyugat között változtattuk, az árnyékolást enyhétől átlagosig (10-30%) Feltételezésünk szerint a tetőfelület 10-20%-a a kémények és egyéb akadályok miatt napenergia hasznosításra nem alkalmas
V08 Pelletkazán Ebben a verzióban a napenergia helyett egy jó hatásfokú pelletkazánt vettünk figyelembe, amely a fűtési rendszert és a használati melegvíz készítést is ellátja A pelletkazán beépítése (v08) a napenergia hasznosítással szemben a beépített energiatartalmat nem emeli jelentősen, az üzemeltetés során pedig mind a fűtés, mind a melegvíz készítés nem megújuló kumulatív energiatartalma csökken a megújuló energia felhasználás révén Az összes kumulatív energiaigény a kiindulási épület 36%-a A biomassza nem korlátlanul rendelkezésre álló megújuló, amely a telekhatáron belüli rendszerrel hasznosítható energiaforrás hanem megújítható (renewable) forrás, biztosításához energiabefektetés kell (erdőgazdálkodás, energianövény ültetvények, kitermelés, szállítás, feldplgozás, ismét szállítás Ezt a primer energiatartalom fejezi ki (itt és most 0, illetve 0,6)