Slovenčina
Tematika ochrany životného prostredia je blízka snáď každému z nás. Súčasťou je aj problematika zmeny klímy a súvisiacich následkov – intenzívne dažde, dlhotrvajúce suchá či vznik tornád na miestach, kde sa predtým nevyskytovali. Výskum a vývoj výrobkov a služieb s minimálnym negatívnym dopadom je dlhodobým trendom v oblasti ochrany a tvorby zdravého životného prostredia. Na Katedre drevených stavieb Technickej univerzity vo Zvolene sa venujeme výskumu dopadov drevených konštrukčných materiálov a stavieb na životné prostredie prostredníctvom metódy hodnotenia životného cyklu – LCA – Life Cycle Assessment (ISO 14040 a 14044).
Metodika LCA je založená na posudzovaní vstupných a výstupných materiálových a energetických tokov v rámci skúmaného systému, ktorým môže byť samotný konštrukčný materiál alebo celá skladba budovy. Táto metóda umožňuje získať obraz o znečistení životného prostredia spôsobenom súčasnými technologickými a spoločenskými požiadavkami na určitý produkt alebo službu. Výsledky analýzy LCA identifikujú dopad skúmaného systému na životné prostredie v tzv. kategóriách dopadov. Najznámejšou kategóriou dopadu je zmena klímy vyjadrená v hmotnostných jednotkách ekvivalentu CO2, ako primárneho zástupcu skleníkových plynov.
Typologicky rozdeľujeme drevené stavby na zrubové, stĺpikové, hrázdené, skeletové, stenové konštrukcie z prefabrikovaných tvaroviek, prefabrikované panelové – rámové a z masívneho dreva. Rovnako rôznorodá môže byť aj materiálová skladba jednotlivých typov drevených stavieb. Konštrukčné materiály zanechávajú na životnom prostredí rôzne stopy v podobe množstva vypustených znečisťujúcich látok, spotreby surovinových zdrojov či energetickej náročnosti. Výber a množstvo konštrukčných materiálov preto významne ovplyvňuje dopad stavby na životné prostredie.
Životný cyklus budov rozdeľujeme na štyri časti – fáza produktu, fáza výstavby, fáza užívania budovy a fáza konca životnosti. Samostatne sa hodnotia prínosy a záťaže životného cyklu budovy, ktoré vznikajú mimo hraníc skúmaného systému. Dopad budovy na životné prostredie je v jednotlivých fázach rôzny a mení sa v závislosti od typu a množstva konštrukčných materiálov, typu výstavby, technologického zabezpečenia budovy až po nakladanie so stavebným odpadom. Všeobecne však platí, že zvýšením energetickej účinnosti starej budovy sa znižuje jej dopad vo fáze užívania, a zároveň sa tento dopad mierne zvyšuje v ostatných fázach.
Fázy životného cyklu budov (podľa EN 15804)
Environmentálne pôsobenie dreva v konštrukciách
Snáď najdôležitejšou črtou drevených prvkov v budovách je ich schopnosť viazať vo svojej štruktúre CO2 z ovzdušia, čím pôsobí ako prirodzený regulátor koncentrácie tohto skleníkového plynu. Drevené stavby sú v porovnaní s murovanými stavbami šetrnejšie k životnému prostrediu, pretože ich technológia výroby, preprava a výstavba sú menej náročné na spotrebu energií a surovinových zdrojov. Výhodou konštrukčných materiálov na báze dreva je preto zadržiavanie CO2 počas svojho života, teda kým tento materiál používame.
Prípadová štúdia – porovnanie dopadu drevostavby a jej murovaného variantu
V nedávnom výskume sme analyzovali dopad vybranej drevenej stavby a jej murovaného variantu vo fáze produktu, teda dopad výroby konštrukčných materiálov potrebných na výstavbu. Objektom bol typický dvojpodlažný rodinný dom s jednoduchým kompaktným tvarom a obdĺžnikovým pôdorysom s podlahovou plochou 210,0 m2. Výber konštrukčného systému zodpovedal ekonomicky najrozšírenejšiemu drevenému rámovému konštrukčnému systému na báze ekologickej a obnoviteľnej drevnej suroviny a bežných výplňových materiálov dostupných na trhu. Konštrukcia a technológie boli navrhnuté tak, aby spĺňali požiadavky na budovy s takmer nulovou spotrebou energie – trieda energetickej účinnosti A0.
Pôdorysy prízemia a prvého poschodia (hore) a rez (dole) porovnávanej drevostavby z prípadovej štúdie
Železobetónová základová doska bola tepelne izolovaná granulami z penového skla. Nosný systém tvorila drevená stĺpiková konštrukcia vyplnená minerálnou vlnou. Vonkajšie steny boli navrhnuté ako difúzne otvorená konštrukcia. Na plochej streche boli umiestnené fotovoltaické panely a extenzívna vegetačná vrstva. Ako energetická akumulačná vrstva slúžila tehla uložená v strope a vo vnútorných priečkach. Vysoký štandard tepelnej ochrany dopĺňali kvalitné, nízkoenergetické drevené rámové okná s trojsklom. Vykurovanie bolo zabezpečené stenovým vykurovacím systémom a podporované riadeným vetraním s rekuperáciou. Dodávku tepelnej energie zabezpečovalo tepelné čerpadlo.
Stavby sme analyzovali pomocou softvéru SimaPro a výsledky vyjadrili v 13 kategóriách dopadu – z toho 4 kategórie sa týkali kvantifikácii skleníkových plynov, 3 kategórie boli zamerané na eutrofizáciu, 2 kategórie pojednávali o úbytku surovinových zdrojov a ostatné kategórie určili dopad na úbytok ozónovej vrstvy, acidifikáciu prostredia, tvorbu fotochemického ozónu a spotrebu vody.
Dopad drevených stavieb na životné prostredie je nižší ako dopad murovaných stavieb vo väčšine kategórií (Tabuľka 1), predovšetkým z pohľadu kategórie „Zmena klímy – spolu“, ktorá sumarizuje emisie fosílneho, biogénneho a pôdneho uhlíka. V tejto kategórii má drevená stavba zápornú hodnotu, čo značí, že sa pri výrobe všetkých konštrukčných prvkov drevostavby vypustilo do ovzdušia menej CO2 ako jeho množstvo zabudované v štruktúre drevených prvkov. Navyše, množstvo emitovaného fosílneho uhlíka konštrukčných materiálov murovanej stavby je približne 1,7-krát vyššie ako u drevenej stavby.
Tabuľka 1: Sumárne porovnanie dopadu konštrukčných materiálov drevenej a murovanej stavby
Tabuľka 2 porovnáva príspevok dopadov konštrukčných materiálov drevenej a murovanej stavby v jednotlivých kategóriách dopadu. Vplyv betónového prekladu v murovanom variante je zjavný a predstavuje vo väčšine kategórií viac ako 50 % z celkového dopadu. Dopad uvažovanej drevenej stavby je prerozdelený najmä medzi konštrukčné prvky KVH, OSB a oceľové spoje. Ďalší výskum zameriavame na identifikáciu dopadov rôznych typov stavieb s použitím alternatívnych konštrukčných materiálov.
Tabuľka 2: Porovnanie príspevkov konštrukčných materiálov k dopadu v rámci jednotlivých kategórií (%)
Energetická náročnosť budov
Spotreba energie sa neustále celosvetovo zvyšuje. Keďže väčšina energie pochádza zo spaľovania fosílnych palív, zohráva podstatnú úlohu pri globálnom otepľovaní. Program Spojených národov pre životné prostredie (UNEP, 2021) vo svojej rozsiahlej správe uvádza, že v roku 2021 predstavovala prevádzka budov 30 % celosvetovej konečnej spotreby energie a 27 % celkových emisií CO2 pochádzajúcich z výroby energie a priemyselných procesov. V súčasnosti je u nás energetická náročnosť budov zakomponovaná do európskych a štátnych právnych predpisov.
Napriek rozsiahlym opatreniam znižovania energetickej náročnosti budov prevyšuje celková potreba energie budov ich energetickú efektívnosť a dekarbonizáciu. Európska komisia preto navrhuje, aby od roku 2030 mali všetky nové budovy nulové emisie (EC, 2021). Negatívne účinky energetických potrieb je možné čiastočne znížiť prechodom na obnoviteľné zdroje energie, ktorej podiel na globálnom energetickom mixe by sa mal do roku 2030 podstatne zvýšiť. Návrh spomína aj zrušenie finančných stimulov na inštaláciu kotlov na fosílne palivá od roku 2027 a zavedenie práva členských štátov zakázať používanie fosílnych palív v budovách ako jedným z hlavných činiteľov zmeny klímy. Taktiež by sa mala znížiť energia spotrebovaná na meter štvorcový aspoň o 35 % v porovnaní s rokom 2021 (UNEP, 2021).
Environmentálne dopady jednotlivých fáz životného cyklu budov sú závislé už od samotného návrhu stavby. Z tohto dôvodu predstavuje pochopenie vplyvu konštrukčných materiálov na životné prostredie kľúčový bod konštrukčného riešenia. Vhodná voľba materiálov a dôsledná realizácia stavby znižujú energetické požiadavky počas užívania stavby, a tým výrazne prispievajú k zmierneniu negatívnych dopadov súvisiacich s výrobou, dodávkou a spotrebou elektrickej či tepelnej energie. Každá fáza životného cyklu môže mať rôzne vplyvy na životné prostredie. Na vytvorenie ekologicky najpriaznivejšej stavby je potrebné podrobnejšie preskúmať jednotlivé fázy a posúdiť ich ako celok.
Autor: Ing. Rozália Vaňová, PhD.
Drevárska fakulta TU vo Zvolene
Kontakt: xvanova@is.tuzvo.sk
