Zatížení životního prostředí vnějšími tepelně izolačními systémy. Expandovaný polystyren vs. minerální vlna: Případová studie z Polska

Jacek Michalak , Sebastian Czernik, Marta Marcinek a Bartosz Michałowski *

Výzkumné a vývojové centrum, Atlas sp. z o.o., Kilinskiego 2, 91-421 Lodž, Polsko; jmichalak@atlas.com.pl (J.M.); sczernik@atlas.com.pl (S.C.); mmarcinek@atlas.com.pl (M.M.). * Korespondence: bmichalowski@atlas.com.pl

Obsah

Přijato: 2020; přijato: 28. května 2020; publikováno: 2. června 2020

Abstrakt: Vnější tepelně izolační kompozitní systém (ETICS) zvyšuje energetickou účinnost budov a v současné době je tato metoda nejoblíbenějším způsobem zateplování budov v mnoha zemích Evropské unie (EU). Článek představuje dopad výroby ETICS z pěnového polystyrenu (EPS) nebo minerální vlny (MW) na životní prostředí pomocí metody hodnocení životního cyklu (LCA). Údaje použité ve výpočtech, vztahující se k reálné výrobě v roce 2017, byly získány z externě ověřené inventarizace z pěti výrobních závodů umístěných v různých regionech Polska. LCA zkoumaných výrobků zahrnovala moduly od A1 do A3 (cradle-to-gate) podle normy EN 15804. Studie určuje a analyzuje hodnoty základních ukazatelů týkajících se dopadů na životní prostředí a environmentálních aspektů využívání zdrojů. Zahrnuje ukazatele vypočtené pro 1m2 ETICS pro pět tlouštěk uvedených tepelněizolačních materiálů. Výsledky ukazují, že u všech environmentálních ukazatelů se MW systémy vyznačují negativnějším dopadem na životní prostředí než ekvivalentní systémy s EPS. Cílem studie je zdůraznit poznatky o udržitelnosti ETICS. Údaje uvedené v práci jsou zásadní pro posouzení z hlediska udržitelného rozvoje ETICS. Takové hodnocení není jen potřebou pro budoucnost, ale nutností pro současnost.

Klíčová slova: dopad na životní prostředí; environmentální prohlášení o produktu (EPD); hodnocení životního cyklu (LCA); vnější tepelně izolační kompozitní systém (ETICS); potenciál globálního oteplování (GWP).

Úvod

Ochrana, zachování a zlepšení přírodního kapitálu, stejně jako ochrana zdraví a blahobytu občanů před hrozbami a nepříznivými účinky souvisejícími se zhoršováním životního prostředí, je jedním z nejkritičtějších úkolů současnosti. Nedávno Evropská komise, která si uvědomila, že je třeba zintenzivnit úsilí o odborné potírání negativního vlivu člověka na životní prostředí, formulovala novou strategii: European Green Deal [1]. Jejím cílem je dosáhnout v Evropské unii (EU) v roce 2050 nulových čistých emisí skleníkových plynů. Realizace tohoto cíle zahrnuje oddělení hospodářského růstu od využívání přírodních zdrojů.

Výstavba, užívání a renovace budov vyžaduje značné množství energie a nerostných surovin. [Stavebnictví v EU je největším spotřebitelem energie, neboť se na celkové spotřebě energie podílí 40 % [2]. V důsledku energetické náročnosti stavebnictví vzniká v Evropské unii 36 % celkových emisí oxidu uhličitého (CO2 ). V EU je 75 % budov energeticky neefektivních [3]. V členských státech se dnes roční míra renovace budov pohybuje mezi 0,4 % a 1,2 % [1]. Bez zdvojnásobení tohoto ukazatele není šance dosáhnout cíle stanoveného v evropské zelené dohodě v roce 2050. Je tedy nutné začít s renovací budov, a to jak veřejných, tak soukromých, v masivnějším měřítku. Nejčastěji používanou metodou úspor energie v budovách v zemích EU je použití vnějších tepelně izolačních kompozitních systémů (ETICS).

Odvětví stavebnictví, které představuje 9 % evropského HDP a 18 milionů přímých pracovních míst, je ze všech odvětví hospodářství zodpovědné za největší škody na životním prostředí. Rozsah jeho negativního dopadu byl potvrzen i na celosvětové úrovni. V roce 2015 byla fosilní paliva zdrojem 82 % energie spotřebované v budovách v zemích EU [4]. Přesto je současný přístup účastníků stavebního procesu (architekta, stavebníka, dodavatele a investora) k dopadům na životní prostředí založen na strategii uspokojování okamžitých potřeb. Ve většině případů je hlavním cílem postavit objekt, pokud možno s co nejnižšími investicemi. Navrhování a výstavba budov bez posouzení jejich dlouhodobého vlivu (prostřednictvím celého životního cyklu) na přírodní prostředí je stále zákonem povoleno. V brzké době bude nutné tento přístup změnit.

Nařízení o stavebních výrobcích (CPR) uvádí stavební výrobky na trh v zemích EU od 1. července 2013 [5]. Autoři nařízení CPR zavedli do regulace stavebních výrobků problematiku udržitelnosti výrobků. Před 1. červencem 2013 definovala směrnice 89/106/EHS [6] šest základních požadavků týkajících se:

  1. mechanická odolnost a stabilita,
  2. bezpečnost v případě požáru,
  3. hygienu, zdraví a životní prostředí,
  4. bezpečnost při používání,
  5. ochrana proti hluku,
  6. úspory energie a zadržování tepla.

Podle nařízení CPR musí být stavby navrhovány, stavěny a odstraňovány tak, aby bylo zajištěno udržitelné využívání přírodních zdrojů, a zejména aby byly zajištěny:

  • opětovné využití recyklovatelnosti stavebních prací, jejich materiálů a částí po demolici,
    • trvanlivost stavebních prací,
    • používání ekologicky šetrných surovin a druhotných materiálů při stavebních pracích.

Navzdory velkému významu problematiky udržitelného rozvoje [7,8] a vymezení sedmého základního požadavku v nařízení o společných ustanoveních se zatím nejedná o kritérium povinného posuzování před uvedením stavebního výrobku na trh EU. Pro určení vlivu stavebního výrobku na životní prostředí může jeho výrobce vypracovat environmentální prohlášení o výrobku (EPD). EPD je nezávisle kontrolovaný a registrovaný dokument, který poskytuje transparentní a srovnatelné informace o dopadu výrobků na životní prostředí během jejich životního cyklu [9,10]. EPD je mezinárodně uznávaný a akceptovaný dokument definující kvalitu výrobku. EPD, známé také jako environmentální prohlášení typu III, je založeno na hodnocení životního cyklu (LCA) a je v souladu s normou ISO 14025 [11]. EPD se používají ve stavebnictví, a to především k provedení posouzení životního cyklu budovy (podle normy EN 15978 [12] nebo stavebního výrobku (podle normy EN 15804 [13]. Vzhledem k tomu, že EPD nejsou vyžadovány zákonem a jedná se pouze o dobrovolný dokument, nejsou široce využívány. Je pravda, že jejich počet se každoročně zvyšuje a v současné době jich je více než 6000 [14]. V Polsku vydal Výzkumný ústav stavební (ITB) více než 100 EPD [15]. Tyto dokumenty se však stále používají pouze v komunikaci mezi podniky (B2B) a v certifikačních procesech takových systémů, jako jsou LEED, BREEAM, DGNB, HQE® a další [16-18]. Běžný uživatel stavebních výrobků ví o EPD jen málo nebo vůbec nic.

Jak bylo uvedeno výše, aplikace ETICS zvyšuje energetickou účinnost nových i stávajících budov. ETICS jsou stavebnice ve smyslu CPR sestávající ze specifikovaných prefabrikovaných prvků, které se aplikují přímo na fasádu na místě. Polský trh s ETICS, jehož roční objem se odhaduje na přibližně 40 milionů m2 , je jedním z nejvyšších v Evropě [19]. Výrobci ETICS každoročně zlepšují funkčnost svých řešení tím, že se je snaží přizpůsobit očekáváním zákazníků. Očekávání jsou vysoká, zvláště když uvážíme, že před několika desítkami let měly polské budovy nejvyšší průměrná spotřeba energie na vytápění: [20]: 63 % nad evropským průměrem. Budovy v Polsku měly vedle francouzských také nejvyšší produkci emisí do ovzduší a nejvyšší emise tuhých odpadů [20]. V Polsku, stejně jako v ostatních zemích EU, se jako izolační materiál v ETICS běžně používají desky z pěnového polystyrenu (EPS) nebo minerální vlny (MW). Za zmínku stojí, že oba materiály se používají již desítky let. Ve střední Evropě činí podíl ETICS s EPS přibližně 84 %, zatímco přibližně 12 % ETICS instalovaných na stěnách jako tepelněizolační materiál tvoří MW. V ostatních regionech Evropy se podíl EPS pohybuje od 60 % do 88 % a MW od 9 % do 25 % [19]. Systémy s EPS a MW lze použít jak na nově postavených budovách, tak na budovách procházejících modernizací. Mezi EPS a MW však existují významné rozdíly, které mohou rozhodnout o výběru konkrétního izolačního materiálu, a tím i celého zateplovacího systému. Níže uvádíme nejkritičtější vlastnosti obou materiálů, které jsou vzhledem k jejich praktickému použití pro investora plánujícího zateplení budovy zásadní:

  • Tepelná izolace charakterizovaná součinitelem tepelné vodivosti λ (nebo k, W m-1 K-1).

Součinitel tepelné vodivosti pro fasádní EPS se pravděpodobně pohybuje v rozmezí od 0,029 a 0,041 W m-1 K-1 [21], přičemž minimální hodnota je určena pro grafitový polystyren. Pokud jde o minerální vlnu, hodnota λ se běžně pohybuje v rozmezí 0,037 až 0,050 W m-1 K-1 [22].

  • Hmotnost izolačního materiálu.

V závislosti na typu je fasádní minerální vlna pětkrát až devětkrát těžší než EPS. Kromě toho je spotřeba lepidel používaných k jejímu upevnění a vložení sklovláknité síťoviny asi o 15 % vyšší. Přibližně 1 m2 ETICS s izolací z EPS o tloušťce 10 cm váží asi 15 kg, kdežto lamelové MW desky o stejné tloušťce dosahují asi 22 kg a na MW s laminárním narušením vláken až asi 27 kg [23].

  • Propustnost pro vodní páru.

To je jedna z nejdůležitějších vlastností při analýze proudění par ve stěně. Naměřený faktor difuzního odporu vody (µ) je v průměru roven 2 a 35 pro MW a EPS. Propustnost pro vodní páru je u EPS výrazně nižší vzhledem k jeho struktuře a vysokému podílu těsně uzavřených pórů [23]. Na druhou stranu nevýhodou vysoké propustnosti MW je možná snadnější kondenzace mezi vlákny materiálů, která může negativně ovlivnit vlastnosti tepelné vodivosti [24].

  • Požární odolnost.

Podle klasifikace tepelněizolačních materiálů podle normy EN 13501-1 [25] je MW (evropské třídy reakce na oheň: Euroclasses A1 a A2) v porovnání s EPS (evropské třídy reakce na oheň: Euroclasses F a E) ve výsadním postavení. Nicméně podle stejné normy jsou klasifikace ETICS s MW a EPS (s vnější minerální vrstvou) následující: A2-s2-d0, respektive B-s1-d0. Popsaná klasifikace ETICS se týká systémů popsaných dále v části Materiály a metody a je reprezentativní pro ETICS na bázi MW a EPS jako tepelně izolačního materiálu a minerálního omítkového systému. Za zmínku stojí, že správně navržené a provedené ETICS na bázi MW i EPS jsou podle polské normy PN-B-02867:2013 [26] klasifikovány jako nešířící požár.

Z praktického hlediska je při porovnávání systémů založených na různých izolačních materiálech nutné zohlednit také způsob montáže, přičemž celkové investiční náklady na izolaci MW-ETICS oproti EPS-ETICS (stejná tloušťka izolace a stejné povrchové vrstvy) mohou být výrazně vyšší. Jak již bylo uvedeno, při posuzování systému a pokládání výrobku na trh se nezohledňuje dopad ETICS na životní prostředí. Rovněž se běžně nezjišťuje při výběru ETICS investorem, architektem nebo konečným spotřebitelem. Výjimkou jsou případy, kdy je budova je hodnocena v některém z dobrovolných systémů environmentálního hodnocení. Navzdory významu environmentálních otázek a širokému využití ETICS, jakož i rozsáhlé vědecké literatuře v oblasti LCA a EPD, je počet vědeckých publikací o environmentálních dopadech ETICS stále omezený [27-32]. Tato práce porovnává dopady ETICS založené na EPS s dopady ETICS založené na MW na životní prostředí.

Materiály a metody

ETICS se skládá z prefabrikovaného izolačního výrobku, který se lepí na stěnu nebo se mechanicky upevňuje pomocí kotev, případně kombinací lepidla a mechanického upevnění. Tato technika byla poprvé použita na obytné budově v roce 1957 v Berlíně v Německu [19]. V uplynulých 60 letech byl a stále je ETICS nejpoužívanějším řešením pro zlepšení energetické účinnosti budov v Evropě. Toto řešení tedy v průběhu let plynulo a nadále ovlivňuje dosahování environmentálních cílů [19].

V Polsku mohou být stavební výrobky uváděny na trh s označením CE nebo v systému na národní úrovni se stavební značkou B. Na evropské úrovni jsou požadavky na ETICS stanoveny v ETAG 004 [33]. V Polsku mohou výrobci ETICS získat evropské technické posouzení na základě ETAG 004 a po podrobení svého řešení posouzení shody uvést na trh s označením CE. Je také možné získat národní technické posouzení (před 1. lednem 2017 národní technické schválení) a po dokončení posouzení shody označit výrobek stavební značkou B. V národním systému jsou požadavky na udělení národního technického posouzení pro ETICS s EPS a MW uvedeny v příslušném pokynu pro vydávání národních technických posouzení (pro ETICS na bázi EPS [34] a ETICS na bázi MW [35]).

V polském národním systému posuzování se ETICS posuzuje podle stejných základních požadavků za použití stejných zkušebních metod jako v evropském řádu. Kromě toho je díky předpisům na národní úrovni možné posuzovat rychlost šíření požáru a náchylnost k růstu řas.

Atlas ETICS a Atlas ETICS Roker jsou obchodní názvy pro vnější tepelně izolační kompozitní systém. Oba systémy se skládají z izolační desky (lepené nebo lepené a mechanicky upevněné) s vyztuženou podkladní vrstvou a dekorativní povrchovou úpravou, jak je popsáno v národním technickém schválení ITB AT-15-9090/2016 (EPS) [36] a ITB AT-15-2930/2016 (MW) [37] vydaném Stavebním výzkumným ústavem (ITB) ve Varšavě. Systémy se skládají z rozsáhlého výběru lepidel, základních nátěrů, omítek a dekorativních nátěrů různých barev. Na obrázku 1 je schematicky znázorněno uspořádání vrstev ETICS.

Obrázek 1. Uspořádání vrstev ve vnějším tepelněizolačním kompozitním systému Atlas (ETICS) (pěnový polystyren (EPS)) a Atlas ETICS Roker (minerální vlna (MW)) podle popisu ve státním technickém osvědčení AT-15-9090/2016 a AT-15-2930/2016: (1) konstrukce stěny (podklad), (2) lepidlo (základní upevnění), (3) tepelná izolace (EPS nebo MW), (4) kotva (v případě potřeby dodatečné upevnění), (5) výztužná vrstva (základní vrstva s vloženou síťovinou ze skelných vláken), (6) klíčový nátěr (v případě potřeby), (7) dokončovací nátěr (omítka), (8) základní nátěr (volitelný) a (9) dekorativní nátěr (volitelný).

Pro studii prezentovanou v tomto článku byly analyzovány minerální omítkové systémy vybrané z různých možných variant popsaných v ITB AT-15-9090/2016 (EPS) a ITB AT-15-2930 (MW) [36,37]. Vliv na životní prostředí byl posuzován metodou LCA pro komplexní zateplovací systém popsaný v národním technickém schválení AT-15-9090/2016 (EPS) a AT-15-2930/2016 (MW). Pro tuto publikaci byly použity výsledky získané pro ETICS obsahující desky z expandovaného polystyrenu (EPS) nebo minerální vlny (MW) o pěti různých tloušťkách: 10, 12, 15, 20 a 25 cm s minerální omítkou jako povrchová vrstva.

Údaje použité ve výpočtech se vztahují k roku 2017 (EPD vydané v březnu 2019) pro pět výrobních závodů v různých regionech Polska: Bydgoszcz, Da˛browa Górnicza, Piotrków Trybunalski, Suwałki a Zgierz [38,39]. Za zmínku také stojí, že během roku 2017 odpovídal objem výroby komponentů ETICS přibližně 10 milionům metrů čtverečních izolace vnějších stěn budov. Environmentální prohlášení typu III (EPD) byla vypracována podle normy EN 15804 [13] a jejich obsah byl ověřen per podle normy ISO 14025 [11] odborníky z Výzkumného ústavu stavebního (ITB). Životní cyklus, který byl předmětem analýzy, zahrnoval moduly A1 až A3 (tj. od těžby surovin po hotový výrobek dodaný na bránu závodu), kde A1 je těžba a zpracování surovin, zpracování druhotných surovin včetně recyklačních procesů, A2 je doprava k výrobci a A3 je výroba. V tomto článku byly analyzovány celkové hodnoty modulů A1, A2 a A3 pro studované ETICS. Pro lepší pochopení stojí za zmínku, že podíl modulu A1 na celkových hodnotách A1 + A2 + A3 se v případě ETICS s EPS pohyboval od 94,14 % (pro tloušťku EPS 10 cm) do 96,82 % (tloušťka 25 cm). V případě ETICS s MW činil podíl modulu A1 od 98,11 % (10 cm EPS) do 99,14 % (25 cm EPS). Podíl dopravy pro ETICS s EPS (modul A2) se pohyboval od 1,44 % do 0,80 % pro tloušťku EPS 10 cm, resp. 25 cm. U ETICS s MW se podíl modulu A2 pohyboval od 0,38 % do 0,17 % pro EPS o tloušťce 10 a 25 cm. Podíl modulu A3 (výroba) se pohyboval od 4,42 % do 2,38 % pro ETICS s EPS pro tloušťku 10 a 25 cm. U ETICS s MW byl podíl modulu A3 nižší než u ETICS s EPS. U tloušťky 10 cm MW činil pouze 1,38 % a u tloušťky 25 cm MW 0,69 %.

Posouzení vlivu na životní prostředí se vztahuje na jednotku výrobku, kterou je 1 m2 izolace vyrobené s použitím komplexní izolační systém popsaný v národních technických schváleních AT-15-9090/2016 (EPS) a AT-15-2930/2016 (MW). Dopady a spotřeba surovin pro jednotlivé výrobní závody a celou výrobu byly přiřazeny reprezentativním výrobkům pomocí pravidel pro přiřazení hmotnosti (tj. vážený průměr hmotnosti daných výrobků). Dopady v jednotlivých výrobních závodech byly inventarizovány, přiřazeny a zahrnuty do výpočtů samostatně.

V tabulce 1 jsou uvedeny všechny součásti ETICS s pěnovým polystyrenem (EPS) popsané v národním technickém schválení ITB-AT-15-9090/2016 a analogické údaje pro ETICS s minerální vlnou (MW) popsané v ITB-AT-15-2930/2016.

Tabulka 1. Komponenty EITCS popsané v národním technickém schválení ITB AT-15 9090/2016 (pro ETICS s EPS) a ITB AT-15-2930/2016 (pro ETICS s MW).

Environmentální údaje o surovinách použité v analýze pocházejí z platných zdrojů (databází), jako jsou Ecoinvent, Ullmann’s, Plastic-Europe, ITB-Data, SPC a vybrané environmentální deklarace typu III složek ETICS.

Výsledky

V tabulce 2 jsou uvedeny environmentální charakteristiky ETICS s různými tloušťkami izolačního materiálu EPS a minerálními omítkami jako povrchovou vrstvou, vypočtené pro 1 m2 izolace:

  • potenciál globálního oteplování (GWP),
    • potenciál vyčerpání stratosférické ozonové vrstvy (ODP),
    • potenciál okyselování půdy a vody (AP),
    • eutrofizační potenciál (EP),
    • potenciál tvorby troposférického ozonu (POCP),
    • potenciál abiotického vyčerpání (ADP-prvků) pro nefosilní zdroje,
    • abiotický potenciál vyčerpání (ADP-fosilní paliva) pro fosilní zdroje,
    • celkové využití obnovitelných primárních zdrojů energie (primární energie a primární zdroje energie použité jako suroviny) (PERT),
    • celkové využití neobnovitelných primárních zdrojů energie (primární energie a primární zdroje energie použité jako suroviny) (PENRT)

Tabulka 2. Environmentální charakteristiky systému ETICS 1 m2  popsaného v národním technickém schválení AT-15-9090/2016 vypočtené pro rok 2019 (údaje z roku 2017) s 10, 12, 15, 20 a 25 cm pěnového polystyrenu (EPS) použitého jako tepelně izolační materiál a minerální omítkou jako povrchovou vrstvou [38].

V tabulce 3 jsou uvedeny srovnatelné údaje pro ETICS s MW jako tepelně izolačním materiálem a se stejnými minerálními omítkami jako finální vrstvou.

Tabulka 3. Environmentální charakteristiky systému ETICS 1 m2  popsaného v národním technickém schválení AT-15-2930/2016 vypočtené pro rok 2019 (údaje z roku 2017) s 10, 12, 15, 20 a 25 cm minerální vlny (MW) použitou jako tepelně izolační materiál a minerálními omítkami jako finální vrstvou [39].

Na obrázcích 2-10 jsou uvedeny výše uvedené hodnoty ukazatelů vypočtené pro 1 m2 ETICS s EPS a ETICS s MW, s různou tloušťkou tepelně izolačního materiálu.

Obrázek 2. Potenciál globálního oteplování (GWP) pro 1 m2  ETICS s EPS nebo MW v závislosti na tloušťce tepelně izolačního materiálu.

Obrázek 3. Potenciál vyčerpání stratosférické ozonové vrstvy (ODP) pro 1 m2  ETICS s EPS nebo MW v závislosti na tloušťce tepelně izolačního materiálu.

Obrázek 4. Potenciál okyselení půdy a vody (AP) pro 1 m2  ETICS s EPS nebo MW v závislosti na tloušťce tepelně izolačního materiálu.

Obrázek 5. Potenciál eutrofizace (EP) pro 1 m2  ETICS s EPS nebo MW v závislosti na tloušťce tepelně izolačního materiálu.

Obrázek 6. Potenciál tvorby troposférického ozonu (POCP) pro 1 m2  ETICS s EPS nebo MW v závislosti na tloušťce tepelně izolačního materiálu.

Obrázek 7. Potenciál abiotického vyčerpání (ADP-prvků) pro nefosilní zdroje pro 1 m2  ETICS s EPS nebo MW v závislosti na tloušťce tepelně izolačního materiálu.

Obrázek 8. Potenciál abiotického vyčerpání (ADP-fosilní paliva) pro celkové zdroje pro 1 m2  ETICS s EPS nebo MW v závislosti na tloušťce tepelně izolačního materiálu.

Obrázek 9. Celkové využití obnovitelných primárních zdrojů energie (primární energie a primární zdroje energie použité jako suroviny) (PERT) pro 1 m2  ETICS s EPS nebo MW v závislosti na tloušťce tepelněizolačního materiálu.

Obrázek 10. Celkové využití neobnovitelných primárních zdrojů energie (primární energie a primární zdroje energie použité jako suroviny) (PENRT) pro 1 m2 ETICS s EPS nebo MW v závislosti na tloušťce tepelně izolačního materiálu.

Jak již bylo zmíněno, ETICS jsou ve smyslu CPR stavebnice, které se skládají ze specifikovaných prefabrikovaných komponentů, které se aplikují přímo na fasádu na místě. Stejným způsobem jsou ETICS definovány také v polských vnitrostátních stavebních předpisech. Posuzování a ověřování stálosti vlastností ETICS se provádí pro celý systém, nikoli pro jednotlivé komponenty. Z tohoto důvodu je v této práci uvedeno srovnání vlivu 1 m2 ETICS s EPS na životní prostředí s 1 m2 ETICS s MW. Znalost dopadů jednotlivých komponent ETICS na životní prostředí je však zásadní.

Na obrázku 11 je znázorněn podíl dopadů jednotlivých složek ETICS na životní prostředí v systému, kde je tloušťka tepelněizolačního materiálu rovna 10 cm.

Obrázek 11. Vliv kompletního systému ETICS na životní prostředí (a) s EPS vyrobeným podle národního technického schválení ITB-15-9090/2016 [36] a (b) s MW vyrobeným podle národního technického schválení ITB-15-2930/2016 [37]. Tloušťka tepelněizolační desky: 10 cm. Údaje představují podíl uvedených komponent systému ETICS v kategoriích dopadů na životní prostředí (fáze A1-A3 životního cyklu ETICS). Legenda: (modrá) lepidlo pro lepení izolace, (oranžová) izolační materiál, (šedá) síťovina ze skleněných vláken, (žlutá) lepidlo pro základní nátěr, (tmavomodrá) klíčový nátěr, (zelená) dokončovací nátěr.

Oba tepelněizolační materiály (EPS a MW) mají významný vliv na hodnotu zkoumaných environmentálních ukazatelů. Stopa EPS byla zodpovědná za více než polovinu GWP, POCP, ADP-fosilní paliva a PENTR. U ukazatelů jako AP, EP a PERT byl příspěvek EPS rovněž významný. Vliv EPS na dva environmentální ukazatele (ODP a ADP-prvky) byl zanedbatelný. MW stopa byla zodpovědná za téměř nebo více než 90 % GWP, AP, POCP, ADP-prvků, ADP-fosilních paliv a PENRT. MW má také významný vliv na ODP a relativně malý vliv na EP a PERT.

Diskuse

U všech ukazatelů analyzovaných v tomto článku byla zátěž životního prostředí spojená s výrobou 1m2 ETICS s MW vyšší než u 1m2 ETICS s EPS. Přestože hodnota celkového využití obnovitelných primárních zdrojů energie (PERT) byla vyšší u EPS než u MW, je třeba připomenout, že se jedná o environmentálně příznivou situaci.

V případě potenciálu globálního oteplování (GWP) se při porovnání produkce 1m2

ETICS s MW na 1m2 ETICS s EPS, přičemž první z nich je spojen s téměř třikrát vyššími ekvivalentními emisemi CO2 pro 10 cm tlustý izolační materiál a téměř čtyřikrát vyššími pro 25 cm tlustý materiál. Polský trh s ETICS je jedním z největších v Evropské unii a jeho velikost se odhaduje na přibližně 40 milionů m2 ETICS ročně [19].

Tabulka 4 uvádí potenciál globálního oteplování při výrobě ETICS (moduly A1-A3) vypočtený pro 40 milionů m2 zateplených vnějších stěn ročně pomocí ETICS s MW (10 a 25 cm) a s EPS (10 a 25 cm) na základě údajů získaných z dat shromážděných v tomto článku. Při analýze výše uvedených údajů je třeba zmínit takové ukazatele, jako jsou emise oxidu uhličitého vznikající při vytápění/chlazení domácností, celkové emise CO2 a celkové emise skleníkových plynů (GHG). V roce 2017 činily emise CO2 vznikající při vytápění/chlazení v polských domácnostech částku

35,7 milionu tun [40]. Celkové emise CO2 a celkové emise skleníkových plynů v Polsku se v roce 2017 rovnaly hodnotě 319,0 milionů tun CO2 [41], resp. 413,8 milionů tun ekvivalentu CO2 bez zahrnutí využívání půdy, změn ve využívání půdy a lesnictví (LULUCF) [42].

Tabulka 4. Potenciál globálního oteplování při výrobě ETICS (moduly A1-A3) vypočtený pro 40 milionů m2  zateplených vnějších stěn ročně pomocí ETICS s MW (10 a 25 cm) a s EPS (10 a 25 cm).

Potenciál poškození stratosférické ozonové vrstvy (ODP), který určuje kvantitativní dopad ETICS na poškození ozonové vrstvy, je pro ETICS s MW téměř dvakrát vyšší než pro systém s EPS. Nezávisí na tloušťce tepelně izolačního materiálu (EPS nebo MW). Při posuzování znehodnocování ozonové vrstvy, ODP, je třeba zmínit, že v současné době se při výrobě EPS jako foukací látky nepoužívají žádné látky poškozující ozonovou vrstvu regulované EU, jako jsou chlorofluorouhlovodíky (CFC) nebo hydrochlorofluorouhlovodíky (HCFC) [43].

Potenciál acidifikace půdy a vody (AP) je výsledkem emisí kyselin do atmosféry a jejich následného ukládání v povrchových půdách a vodách. AP vyjádřený jako ekvivalent SO2 se vztahuje k emisím SO2 , NOx , HCl, NH3 a HF. ETICS s MW má vyšší AP než ETICS s EPS. Poměr AP s MW a AP s EPS se pohybuje mezi 4 a 5,5 pro 10 cm, resp. 25 cm tepelně izolačního materiálu.

Eutrofizační potenciál (EP) kvantitativně určuje vliv na akumulaci organických látek ve vodách. Při změně tloušťky MW z 10 na 25 cm se hodnota EP zvyšuje více než dvojnásobně (z 4,22 × 10-3 na 8,63 × 10-3 kg (PO4 )3-ekv.). Při použití EPS není tato změna se změnou tloušťky tepelněizolačního materiálu tak výrazná (ze 4,63 × 10-3 na 4,63 × 10-3 eq). 6,09 × 10-3 kg (PO4 )3-ekv.).

Potenciál tvorby troposférického ozonu, POCP, určuje relativní schopnost těkavých organických látek vytvářet přízemní ozon. ETICS s MW se vyznačuje 5,3 až 6,0krát vyšší hodnotou POCP než ETICS s EPS v závislosti na tloušťce MW/EPS.

Tloušťka EPS nemá vliv na hodnotu abiotického potenciálu vyčerpání (ADP-prvků) pro nefosilní zdroje. Jinak je tomu v případě ETICS s MW, u nichž tento ukazatel roste téměř trojnásobně s nárůstem tloušťky z 10 na 25 cm. Za zmínku také stojí, že hodnota ukazatele ADP-prvků je u ETICS s MW 14krát (10 cm tepelněizolačního materiálu) až 33krát (25 cm) vyšší než u obdobných systémů s EPS.

V rámci ukazatele abiotického potenciálu vyčerpání (ADP-fosil fuels) pro fosilní zdroje se ETICS s MW vyznačuje vyššími hodnotami.

Srovnání obou ukazatelů PERT a PENRT ukazuje, že k výrobě prvků ETICS se spotřebuje výrazně více neobnovitelných primárních zdrojů energie, a to bez ohledu na druh tepelně izolačního materiálu (EPS nebo MW). Pro výrobu ETICS s EPS bylo použito více obnovitelných primárních zdrojů energie a primárních zdrojů energie jako surovin než u systémů s MW. Z hlediska ukazatele PENRT týkajícího se využití neobnovitelných primárních zdrojů energie je ETICS s MW méně šetrný k životnímu prostředí. Při využívání obnovitelných a neobnovitelných primárních zdrojů energie (primární energie a primární zdroje energie využívané jako suroviny), v posledních letech došlo v Polsku k významným změnám. U systému ETICS s EPS a akrylátovými omítkami testovaného v rozsahu modulů A1 až A3 se ukazatel PERT zvýšil více než sedmkrát, zatímco hodnota ukazatele PENRT se za pět let, od roku 2012 do roku 2017, snížila o 11 % [44].

ETICS zlepšuje energetickou účinnost budov. Energetická návratnost závisí na mnoha faktorech, jako je tloušťka izolace, způsob vytápění a zdroj energie. Rozhodující roli hraje také původní situace a také klima. Doba energetické návratnosti izolačních materiálů je zpravidla kratší než dva roky [45].

Závěry

Vnitřní prostředí a zdraví a pohodlí obyvatel jsou dnes zásadními tématy. Zásadní je také zastavit degradaci přírody a minimalizovat zátěž životního prostředí způsobenou lidskou činností. V dnešní době potřebujeme holistický přístup, v němž by měly být současně zohledněny všechny ovlivňující faktory. Tepelná izolace vnějších stěn hraje klíčovou roli při úsporách energie v budovách. Není důležité znát pouze charakteristiku ETICS z hlediska prvních šesti základních požadavků podle CPR, ale je třeba znát i poznatky o široce rozšířené udržitelnosti ETICS. Všechny osoby s rozhodovací pravomocí, které se podílejí na výstavbě i renovaci budov, by měly mít přístup k údajům týkajícím se vlivu stavebních materiálů, včetně vnějších tepelněizolačních kompozitních systémů, na životní prostředí.

Z pohledu několika let může být vliv na životní prostředí součástí povinného posuzování a ověřování stálosti vlastností stavebních materiálů, včetně ETICS. Práce stanovuje a analyzuje hodnoty devíti environmentálních ukazatelů vypočtených pro ETICS s EPS a MW jako tepelněizolační materiál. Ukazatele vlivu na životní prostředí byly vypočteny pro 1 m2 ETICS pro pět tlouštěk tepelněizolačního materiálu (EPS nebo MW). U všech devíti environmentálních ukazatelů se systémy z minerální vlny (MW) vyznačují negativnějším dopadem na životní prostředí než ekvivalentní systémy s pěnovým polystyrenem (EPS). Hodnota ukazatele PERT je u ETICS s EPS vyšší než u ETICS s MW. Ukazatele PERT a PENRT by však měly být posuzovány společně a komplexně. Oba tepelněizolační materiály (EPS i MW) jsou samozřejmě v ETICS široce používány a jejich technické vlastnosti jsou dobře známy. Oba materiály, EPS i MW, se používají již desítky let. Při rozhodování o použití EPS nebo MW je však důležité si uvědomit jejich rozdílný vliv na životní prostředí charakterizovaný v této práci v rozsahu modulů A1 až A3.

Je třeba zdůraznit, že ukazatele dopadu na životní prostředí vypočtené a analyzované v článku se vztahují na zbytkové údaje týkající se významné výroby (přibližně 10 milionů m2) umístěné v pěti výrobních závodech v různých regionech Polska.

Cílem této práce bylo ukázat dopad výroby ETICS s EPS a ETICS s MW (moduly A1-A3) na životní prostředí. ETICS, stejně jako ostatní stavební výrobky, nepodléhají povinnému posuzování z hlediska základního požadavku na udržitelné využívání přírodních zdrojů. Je nezbytné zveřejnit skutečné údaje z odvětví. Tyto údaje, kromě toho, že jsou informativní, mohou pomoci určit kritéria hodnocení při normalizační práci. Kritéria pro hodnocení stavebních materiálů, včetně ETICS, musí být realistická. Také publikace ve vědeckých časopisech jsou zásadním prvkem změny povědomí v oblasti popularizace problematiky udržitelného rozvoje.

Příspěvky autorů: Konceptualizace: J.M.; formální analýza: J.M: M.M., S.C.; šetření: J.M: B.M. a J.M.; metodika: S.C: B.M., a J.M.; administrace projektu: S.M: B.M.; zdroje: J.M: M.M., a S.C.; dohled: B.M., a S.C: J.M., validace: B.M: M.M., S.C. a B.M.; vizualizace: B.M., psaní - příprava původního návrhu: M.M., S.C. a B.M.; vizualizace: B.M., psaní - příprava původního návrhu: J.M: J.M., psaní-recenze a úpravy: B.M., B.M: Všichni autoři si přečetli publikovanou verzi rukopisu a souhlasí s ní.

Financování: B.M. a M.M. byli částečně podpořeni z Regionálního operačního programu pro Lodžské vojvodství 2014-2020 (číslo projektu RPLD.01.02.02-10-014/19-00) a J.M. byl částečně podpořen z Operačního programu Inteligentní růst 2014-2020 (číslo projektu POIR.02.01.00-00-0350/16).

Poděkování: Autoři děkují Justyně Tomaszewské a Michalu Piaseckému za jejich podíl na vývoji environmentálních prohlášení ETICS, která jsou předmětem analýzy v této práci.

Střety zájmů: Autoři neuvádějí žádný střet zájmů.

Odkazy

  • Rada Evropských společenství. Směrnice Rady ze dne 21. prosince 1988 o sbližování právních a správních předpisů členských států týkajících se stavebních výrobků. Vypnuto. J. Eur. Communities 1989, 40, 12-26.
  • Czarnecki, L.; Van Gemert, D. Inovace ve stavebním materiálovém inženýrství versus udržitelný rozvoj . Bull. Pol. Acad. Sci. Tech. 2017, 65, 765-771. [CrossRef]
  • Czarnecki, L.; Kapron, M. Udržitelné stavebnictví jako oblast výzkumu. Int. J. Soc. Mater. Eng. Resour. 2010, 17, 99-106. [CrossRef]
  • Bovea, M.D.; Ibáñez-Forés, V.; Agustí-Juan, I. Environmental product declaration (EPD) labeling of construction and building materials. In Ekologicky šetrné stavebnictví a stavební materiály: Posuzování životního cyklu (LCA), environmentální značení a případové studie; Elsevier: Oxford, Velká Británie, 2013; str. 125-150, ISBN 9780857097675.
  • Brinkmann, T.; Metzger, L. Ekologické hodnocení na základě environmentálních prohlášení o výrobku. In Sustainable Production, Life Cycle Engineering and Management, 1. vydání; Springer: Cham, Švýcarsko, 2019; s. 21-31.
  • Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO). ISO 14025:2006 Environmentální značky a prohlášení – Environmentální prohlášení typu III – Zásady a postupy; Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO) : Ženeva, Švýcarsko, 2006.
  • Evropský výbor pro normalizaci (CEN). EN 15978:2011 Udržitelnost stavebních prací-hodnocení vlivu budov na životní prostředí-výpočtová metoda; Evropský výbor pro normalizaci (CEN): Brusel, Belgie, 2011.
  • Evropský výbor pro normalizaci (CEN). EN 15804:2012+A2:2019 Udržitelnost stavebních prací-Environmentální prohlášení o produktu-Jádrová pravidla pro kategorii stavebních výrobků; Evropský výbor pro normalizaci (CEN): Brusel, Belgie, 2019.
  • Anderson, J. Průvodce environmentálními prohlášeními o produktech pro stavebnictví LCA 2020. Dostupné online: infogram.com/constructionlcas-2020-guide-to-epd-1h7g6kgqx9zo4oy?live (navštíveno 30. listopadu 2019).
  • Výzkumný ústav stavební (ITB). Obecné informace o programu EPD Výzkumného ústavu stavebního. Dostupné online: https://www.itb.pl/epd.html (přístup 16. ledna 2020).
  • Bitsiou, E.; Giarma, C. Parametry související s analýzou životního cyklu stavebních prvků v metodách hodnocení environmentální výkonnosti budov. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2020, 410, 012066. [CrossRef].
  • Andersen, S.C.; Larsen, H.F.; Raffnsøe, L.; Melvang, C. Environmentální prohlášení o produktu (EPD) jako konkurenční parametr v rámci udržitelných budov a stavebních materiálů. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2019, 323, 012145. [CrossRef].
  • Gelowitz, M.D.C.; McArthur, J.J. Investigating the Effect of Environmental Product Declaration Adoption in LEED®  on the Construction Industry: A Case Study. Procedia Eng. 2016, 145, 58-65. [CrossRef].
  • Pasker, R. Evropský trh ETICS – přispívá ETICS dostatečně k plnění politických cílů? In Proceedings of the 4th European ETICS Forum; Varšava, Polsko, 5. října 2017; European Association for External Thermal Insulation Composite Systems (EAE): Baden-Baden, Německo, 2017.
  • Balaras, C.A.; Droutsa, K.; Dascalaki, E.; Kontoyiannidis, S. Spotřeba energie na vytápění a z ní vyplývající dopad na životní prostředí v evropských bytových domech. Energy Build. 2005, 37, 429-442. [CrossRef].
  • Papadopoulos, A.M. Současný stav v oblasti tepelně izolačních materiálů a cíle budoucího vývoje. Energetická stavba. 2005, 37, 77-86. [CrossRef]
  • Wieland, H.; Murphy, D.P.; Behring, H.; Jäger, C.; Hinrichs, P.; Bockisch, F.-J. Perspektiven für Dämmstoffe aus heimischen nachwachsenden Rohstoffen. Landtech Eng. 2000, 55, 22-23.
  • Aditya, L.; Mahlia, T.M.I.; Rismanchi, B.; Ng, H.M.; Hasan, M.H.; Metselaar, H.S.C.; Muraza, O.; Aditiya, H.B. A review on insulation materials for energy saving in buildings. Renew. Sustain. Energy Rev. 2017, 73, 1352-1365. [CrossRef].
  • Karamanos, A.; Hadiarakou, S.; Papadopoulos, A.M. Vliv teploty a vlhkosti na tepelné vlastnosti kamenné vlny. Energy Build. 2008, 40, 1402-1411. [CrossRef].
  • Evropský výbor pro normalizaci (CEN). EN 13501-1:2018. Požární klasifikace stavebních výrobků a stavebních prvků – Část 1: Klasifikace na základě údajů ze zkoušek reakce na oheň; Evropský výbor pro normalizaci (CEN). : Brusel, Belgie, 2018.
  • Polský výbor pro normalizaci (PKN). PN-B-02867:2013. Ochrona Przeciwpoz˙arowa Budynków.
  • Metoda Badania Stopnia Rozprzestrzeniania Ognia Przez S´ciany Zewne˛trzne od Strony Zewne˛trznej Oraz Zasady Klasyfikacji; Polski Komitet Normalizacyjny (PKN): Varšava, Polsko, 2013.
  • Silvestre, J.D.; Castelo, A.M.P.; Silva, J.J.B.C.; Brito, J.M.C.L.; Pinheiro, M.D. Retrofiting a building’s envelope: M.: Udržitelnost ETICS s ICB nebo EPS. Appl. Sci. 2019, 9, 1285. [CrossRef].
  • Sattler, S.; Österreicher, D. Posouzení udržitelných stavebních opatření při rekonstrukci budov – srovnání životního cyklu konvenčních a multiaktivních fasádních systémů v komplexu sociálního bydlení. Sustainability 2019, 11, 4487. [CrossRef]
  • Sierra-Pérez, J.; Boschmonart-Rives, J.; Gabarrell, X. Environmental assessment of façade-building systems and thermal insulation materials for different climatic conditions. J. Clean. Prod. 2016, 113, 102-113. [CrossRef].
  • Bisegna, F.; Mattoni, B.; Gori, P.; Asdrubali, F.; Guattari, C.; Evangelisti, L.; Sambuco, S.; Bianchi, F. Vliv izolačních materiálů na výsledky systému hodnocení ekologických budov. Energies 2016, 9, 712. [CrossRef].
  • Dylewski, R.; Adamczyk, J. Studie ekologické nákladové efektivnosti tepelné izolace vnějších svislých stěn budov v Polsku. J. Clean. Prod. 2016, 133, 467-478. [CrossRef].
  • Michałowski, B.; Marcinek, M.; Tomaszewska, J.; Czernik, S.; Piasecki, M.; Geryło, R.; Michalak, J. Vliv typu omítky na environmentální vlastnosti vnějšího tepelně izolačního kompozitního systému na bázi expandovaného polystyrenu . Buildings 2020, 10, 47. [CrossRef].
  • Evropská organizace pro technické posuzování (EOTA). ETAG 004: Pokyny pro evropské technické schválení vnějších tepelně izolačních kompozitních systémů (ETICS) s povrchovou úpravou; Evropská organizace pro technické posuzování (EOTA): Brusel, Belgie, 2013.
  • Stavební výzkumný ústav (ITB); Ústav keramiky a stavebních materiálů (ICiMB); Ústav mechanizovaného stavebnictví a těžby hornin (IMBiGS). Warunki Oceny Włas´ciwos´ci Uz˙ytkowych Wyrobu Budowlanego WO-KOT/04/02-Złoz˙one Zestawy Izolacji Cieplnej z Wyprawami Tynkarskimi (ETICS) z Zastosowaniem Wyrobów ze Styropianu, 1. vydání; Výzkumný ústav stavební (ITB): Varšava, Polsko, 2018.
  • Stavební výzkumný ústav (ITB); Ústav keramiky a stavebních materiálů (ICiMB); Ústav mechanizovaného stavebnictví a těžby hornin (IMBiGS). Warunki Oceny Włas´ciwos´ci Uz˙ytkowych Wyrobu budowlAnego WO-KOT/04/01-Złoz˙one Zestawy Izolacji Cieplnej z Wyprawami Tynkarskimi (ETICS) z Zastosowaniem Wyrobów Z Wełny Mineralnej, 1. vydání; Výzkumný ústav stavební (ITB): Varšava, Polsko, 2018.
  • Výzkumný ústav stavební (ITB). Národní technické schválení ITB-AT-9090/2016 Zestaw Wyrobów do Wykonywania Ocieplen´ s´cian Zewne˛trznych Budynków Systemem Atlas ETICS; Výzkumný ústav stavební (ITB): Varšava, Polsko, 2016.
  • Výzkumný ústav stavební (ITB). Národní technické schválení ITB-AT15-2930/2016 Zestaw Wyrobów do Wykonywania Ocieplen´ S´cian Zewne˛trznych Budynków Systemem Atlas ROKER; Výzkumný ústav stavební (ITB): Varšava, Polsko, 2016.
  • Atlas. Environmentální prohlášení o výrobku, vnější tepelně izolační kompozitní systém Atlas ETICS s deskami z expandovaného polystyrenu (EPS), certifikát č. 078/2019; Atlas: Varšava, Polsko, 2019.
  • Atlas. Environmentální prohlášení o výrobku, Atlas ETICS Vnější tepelně izolační kompozitní systém s deskami z minerální vlny (MW), certifikát č. 078/2019; Atlas: Varšava, Polsko, 2019.
  • Eurostat. Statistický úřad Evropské unie. NACE Rev. 2 Statistická klasifikace ekonomických činností v Evropském společenství; Úřad pro publikace Evropské unie: Lucemburk, 2020.
  • Muntean, M.; Guizzardi, D.; Schaaf, E.; Crippa, M.; Solazzo, E.; Olivier, J.G.J.; Vignati, E. Fossil CO2 Emissions of all World Countries-2018 Report; Úřad pro publikace Evropské unie: Lucemburk, 2018.
  • Evropská agentura pro životní prostředí (EEA). Evropské životní prostředí – stav a výhled do roku 2020. Znalosti pro přechod k udržitelné Evropě; Úřad pro publikace Evropské unie: Luxembourg, 2019; ISBN 9789294800909.
  • EUMEPS. Environmentální prohlášení o výrobku Pěnová izolace z expandovaného polystyrenu (EPS); Institut Bauen und Umwelt e.V. (IBU): Berlín, Německo, 2017.
  • Michałowski, B.; Marcinek, M.; Tomaszewska, J.; Czernik, S.; Piasecki, M.; Geryło, R.; Michalak, J. Charakterystyka s´rodowiskowa systemów ETICS w latach 2014-2019 (Environmentální charakteristiky systémů ETICS v letech 2014-2019). Mater. Bud. 2019, 12, 22-25.
  • Kienzlen, V.; Erhorn, H.; Krapmeier, H.; Lutzkendorf, T.; Werner, J.; Wagner, A. Význam argumentů o tepelné izolaci zaměřených na překonání nedorozumění, 3. vydání; Fraunhofer-Publica: Karlsruhe, Německo, 2014; str. 35.

© 2020 autoři. Držitel licence MDPI, Basilej, Švýcarsko. Tento článek je volně přístupný a je šířen za podmínek Creative Commons Attribution

(CC BY) licence (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Sdílet článek

Sdružení EPS ČR
Autor

Sdružení EPS ČR

Follow Me
Další články
Scroll