KURS I NYE TEKNISKE FORSKRIFTER. NAL, 5. oktober i Stavanger

Transkript

1 KURS I NYE TEKNISKE FORSKRIFTER Beregning av en bygnings energibehov. (prns 3031, metode og hovedtrekk) NAL, 5. oktober i Stavanger Forskningsleder, PhD Marit Thyholt 1

2 Generelt om nytt kravnivå og metoder for dokumentasjon i TEK NS 3031 Dokumentasjon etter tiltaksmetoden m/eksempel Dokumentasjon etter energirammemetoden m/eksempel Nye krav og konsekvenser for bruk av glass 2

3 Status 2006: Tidligere metoder Energiramme Formelverk Varmeisolering Preaksepterte U-verdier for bygningsdeler Varmetapsramme U-verdier gir varmetap. Omfordeling tillatt innenfor ramme. Miljøramme Byggets totale miljøbelastning gjennom hele levetid (LCA) 3

4 Nye metoder tekniske forskrifter ENERGITILTAK ENERGIRAMME Minstekrav til varmeisolasjon og lufttetthet Minstekrav til varmeisolasjon og lufttetthet Krav til energiforsyning Krav til energiforsyning Kravnivået gjelder fullt oppvarmede bygninger, dvs over 15 grader (og glassgårder med varmeanlegg) 4

5 Generelt om energitiltaksmetoden Er ei sjekkliste som ved å følges gir et energieffektivt bygg. Kommentar: Grad av energieffektivitet (kwh/m 2 år) framkommer imidlertid ikke. Enkel og grei metode. Metode gir rom for å fravike ett eller flere av tiltakene ( Teknisk bytte ), men det må dokumenteres at energibehov (=varmebehovet) ikke økes på grunn av dette. Uavhengig av bygningskategori Egnet for småhus, barnehager og mindre skolebygg 5

6 Kravnivå: ( 8.21 a) Energitiltaksmetoden Revidert TEK 1997 Samlet glass-, vindus- og dørareal: maksimalt 20% av bygningens oppvarmede bruksareal (BRA) U-verdi yttervegg: 0,18 W/m 2 K U-verdi tak: 0,13 W/m 2 K U-verdi gulv på grunn og mot det fri: 0,15 W/m 2 K U-verdi glass/vinduer/dører: 1,2 W/m 2 K som gjennomsnittsverdi inkludert karm/ramme Spesifikk kuldebroverdi skal ikke overstige 0,03 W/m 2 K for småhus og 0,06 W/m 2 K for øvrige bygg, der m 2 angis i oppvarmet BRA Lufttetthet: 1,5 luftvekslinger pr. time ved 50 Pa trykkforskjell. For småhus gjelder 2,5 luftvekslinger pr. time ved 50 Pa trykkforskjell Årsmidlere temperaturvirkningsgrad for varmegjenvinner i ventilasjonsanlegg: 70%. Spesifikk vifteeffekt i ventilasjonsanlegg, SFP-faktor: næringsbygg 2/1 kw/m 3 s (dag/natt), bolig 2,5 kw/m 3 s (hele døgnet). Automatisk utvendig solskjermingsutstyr eller andre tiltak for å oppfylle krav til termisk komfort uten bruk av lokalkjøling. Natt- og helgesenking av innetemperatur til 19 C for de bygningstyper der det kan skilles mellom natt, dag og helgedrift. Idrettsbygg skal ha natt- og helgesenking av innetemperatur til 17 C. TEK-97 Ingen endring 0,22 W/m 2 K 0,15 W/m 2 K Ingen endring 1,6/2,0 W/m 2 K Skal være inkl. i U-verdier, eller komme i tillegg Endring for småhus: fra 4,0 til 2,5 Krav for næringsbygg ved bruk av energirammer Ikke krav Ikke tallfestet krav Ikke krav 6

7 Generelt om energirammemetoden Her utgangspunktet en fastsatt verdi (energirammen gitt som kwh/m 2 år) for maksimal tillatt energibehov innenfor aktuell bygningskategori. Stor frihet mht valg av løsninger Du må dokumentere at ditt bygg ligger innenfor energirammekravet. Hvordan dokumentere? Energiberegning ihht. NS 3031 (er klar oktober 2007) Metodikk tilpasset bygningsenergidirektivet (EU) 7

8 Netto energibehov Energirammemetoden Netto energi behov Oppvarming Tappevann Vifter Belysning Div. utstyr Kjøling passiv solvarme passiv kjøling dagslys Tilført energi Systemtap (regulering, distribusjon & produksjon) Energikilde 1 (eks. EL) Energikilde 2 (eks. olje) Energikilde 3 (eks. bio) X X X Vektingsfaktor 1 (eks. 1.0) Vektingsfaktor 2 (eks. 1.0) Vektingsfaktor 3 (eks. 0.35) = VEKTET LEVERT ENERGI Det tas IKKE hensyn til energiforsyning og virkningsgrader for varme- og kjøleanlegg. 8

9 Energirammemetoden Energirammer i TEK ( 8-21 b) (kwh pr m2 oppvarmet BRA per år): Småhus: /oppvarmet BRA Boligblokk: 120 Barnehage: 150 Kontorbygg: 165 Skolebygg: 135 Universitet/Høyskole: 180 Sykehus: 325 Sykehjem: 235 Hoteller: 240 Idrettsbygg: 185 Forretningsbygg: 235 Kulturbygg: 180 Lett industri/verksteder: 185 9

10 Generelt om nytt kravnivå og metoder for dokumentasjon i TEK NS 3031 Dokumentasjon etter tiltaksmetoden m/eksempler Dokumentasjon etter energirammemetoden m/eksempler Nye krav og konsekvenser for bruk av glass 10

11 Bruksområde for NS Dokumentere bygningers netto energibehov opp mot energirammer i teknisk forskrift (TEK); 2. Dokumentere bygningers varmetap ved omfordeling av energitiltak gitt i TEK 3. Dokumentere teoretisk energibehov i energimerkeordningen av bygninger; 4. Optimalisere energibehovet til en ny bygning ved å bruke metoden på alternative løsninger; 5. Vurdere effekten av mulige energitiltak på eksisterende bygninger ved å beregne energibehovet med og uten energitiltak; 11

12 NS 3031: Beregning av bygningers energiytelse Metode og data Nasjonale regler for beregning av bygningers samlede energibehov i et energibudsjett Gir regler for beregning av varmetransportkoeffisienten og varmetapstallet som benyttes ved omfordeling mellom energitiltak gitt i TEK Bruker reglene og metodene der de finnes i de europeiske standardene Begrenses til å detaljbeskrive månedsberegning, men åpner for forenklede timesberegninger og andre validerte beregningsmetoder Egnet for dataverktøy, eventuelt regneark for månedsberegninger Gir regler for rapport (skjema for inndata i beregningene + energibudsjett) NS

13 Arealer og volumer i henhold til NS 3031 NS 3031 Ved angivelse av spesifikt energibehov eller varmetap benyttes oppvarmet bruksareal NS 3031:oppvarmet bruksareal (BRA) beregnes av måleverdige deler etter reglene i NS BRA er bruttoareal minus arealet som opptas av yttervegger. Benyttes i både energitiltaksmetoden og energirammemetoden Ved angivelse av volum benyttes oppvarmet luftvolum Oppvarmet luftvolum omfatter nettovolum av en bygning beregnet innenfor dens innvendige, omsluttende flater. Volum opptatt av innvendige etasjeskillere og skillevegger skal ikke tas med ved beregning av oppvarmet luftvolum. Nettovolum er produktet av nettoarealet og høyden mellom gulvets overkant og underkant av overliggende dekkekonstruksjon eller nedforet himling. Dersom nettovolumet ikke beregnes, kan dette volumet forenklet settes lik 90 % av bygningens samlede volum innenfor bygningens ytterflater. Benyttes ved beregning av antall luftvekslinger pga ventilasjon og infiltrasjon i både tiltaksmetoden og energirammemetoden 13

14 Valg av beregningsmetode NS

15 Standardiserte inndata i NS 3031 NS 3031 Energibruk til belysning, utstyr og varmtvann Varmetilskudd fra belysning, utstyr, varmtvann og personer Driftstider for oppvarming, belysning, utstyr, personer og ventilasjon Settpunkttemperaturer for oppvarming og kjøling Skjermingskoeffisienter for beregning av infiltrasjon Minste tillatte luftmengder i og utenfor driftstiden 15

16 Krav til energibudsjett NS

17 NS 3031 Skjema for inndata ved beregning av energibehov (noen endringer i siste versjon av prns 3031) 17

18 Generelt om nytt kravnivå og metoder for dokumentasjon i TEK NS 3031 Dokumentasjon etter tiltaksmetoden m/eksempel Dokumentasjon etter energirammemetoden m/eksempel Nye krav og konsekvenser for bruk av glass 18

19 Energitiltaksmetoden Dokumentasjon etter energitiltaksmetoden Krav til bygningens energieffektivitet er oppfylt dersom 1. Samtlige energitiltak listet i TEK 8-21 a er gjennomført 2. Omfordeling mellom energitiltak viser at varmebehovet ikke øker 19

20 Omfordeling Energitiltaksmetoden Ved omfordeling av energitiltak skal det samlede varmetapet på grunn av transmisjon, infiltrasjon og ventilasjon ikke være høyere enn med energitiltak gitt i 8.21 a. Ved omfordeling benyttes regler gitt i NS 3031 (varmetransportkoeffisienten eller varmetapstallet; W/K eller W/m 2 K) Minstekravene til bygningsdelers varmetransmisjonsegenskaper, gitt i forskriftens 8.21 bokstav c), skal ved omfordeling imidlertid ikke overskrides. 20

21 Prosedyre ved omfordeling Energitiltaksmetoden 1. Beregne varmetapsrammen på grunnlag av energitiltak gitt i TEK 2. Beregne aktuelt varmetap på grunnlag av reelle energitiltak 21

22 Eksempel på omfordeling for enebolig Energitiltaksmetoden Enebolig tre med grunnflate 8 x 10 meter, to fulle etasjer og med kaldt loft. Boligen er forutsatt å være utført med gulv på grunn, og med et oppvarmet bruksareal på 160 m 2. Det forutsettes 25 cm trebjelkelag mellom etasjene, og innvendig romhøyde er 2,4 m. Brutto veggareal, dvs inklusive vinduer og dører, utgjør 182 m 2. Oppvarmet luftvolum er forenklet beregnet til 364 m 3, dvs 90 % av bygningens samlede volum innenfor bygningens ytterflater. Arealer og volumer er beregnet i henhold til regler gitt i NS

23 Eksempel på omfordeling, forts Energitiltaksmetoden Det er ønskelig å vurdere hvilke kompenserende tiltak som må gjennomføres for å kunne øke samlet dør- og vindusareal til 25 % av oppvarmet bruksareal, samt å benytte 20 cm varmeisolasjon i yttervegger. Kompenserende tiltak: roterende varmegjenvinner i ventilasjonsanlegget, med årsgjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad på 80 %. trevinduer med gjennomsnittlig U-verdi lik 0,8 W/m 2 K, som innebærer isolert karm og ramme, isolerende avstandslist mellom glassene, samt trelags rute med to lavemitterende belegg og argonfylte hulrom. Det forutsettes at gulv og tak har U-verdier i henhold til TEK 8-21 a. I stedet for å beregne kuldebroene detaljert, benyttes den konservative, normaliserte kuldebroverdien 0,05 W/m 2 K (per m 2 oppvarmet bruksareal), som er i henhold til NS 3031 tillegg A for bygninger med bærekonstruksjoner i tre. Lufttettheten utføres også i henhold til kravnivået, noe som gir infiltrasjon tilsvarende 0,18 luftskifter per time, i henhold til NS Luftvekslingen på grunn av ventilasjon er satt lik 0,5 luftskifter per time, som er i henhold til veiledning til TEK. 23

24 Gode vinduer og utvendig kondens En morgen i januar 2007, ca (mot sør) Nye vinduer (Usenter ca 1,0), kald natt, lite avskjerming, lite vind Litt senere: ca

25 Energitiltaksmetoden Beregning av varmetapsrammen ihht til kravnivået Varmetapsramme (varmetransportkoeffisient/ varmetapstall) for enebolig i henhold til revidert TEK 1997 Areal (m 2 ) U-verdi kuldebroverdi (W/m 2 K) H D (W/K) Luftmengde V (m 3 /h) Virkningsgrad varmegjenvinner η (%) H v,h i (W/K) Varmetapsramme (W/K) Vinduer (20 % av 160 m 2 dørareal på 2 m 2 ) 30 1, Dører 2 1,2 2 2 Yttervegger, netto areal 150 0, Gulv på grunn 80 0, Kuldebroer (per m 2 BRA) 160 0, Tak 80 0, Infiltrasjon* Ventilasjon* Samlet varmetransportkoeffisient/varmetapsramme 133 Varmetapstallet W/m 2 K (varmetransportkoeffisienten dividert på oppvarmet bruksareal) 0,83 * Enkle formler gitt i NS

26 Beregning av faktisk varmetap Energitiltaksmetoden Varmetap for eneboligen Areal (m 2 ) U-verdi kuldebroverdi (W/m 2 K) H D (W/K) Luftmengde V (m 3 /h) Virkningsgrad varmegjenvinner η (%) H v,h i (W/K) Varmetapsramme (W/K) Vinduer (25 % av 160 m 2 ) 40 0, Dører 2 1,2 2 2 Yttervegger, netto areal 140 0, Gulv på grunn 80 0, Kuldebroer (per m 2 BRA) 160 0, Tak 80 0, Infiltrasjon* Ventilasjon* Samlet varmetransportkoeffisient/varmetapsramme 129 Varmetapstallet W/m 2 K (varmetransportkoeffisienten dividert på oppvarmet bruksareal) 0,81 * Enkle formler gitt i NS 3031 Lavere enn varmetapsrammen på 133/0,83 26

27 Energitiltaksmetoden Sjekkliste som skal benyttes ved dokumentasjon etter energitiltaksmetoden (ihht temaveileder) 0,05 27

28 Energitiltaksmetoden Energitiltaksmetoden (konklusjon) Metoden er grei for enkle bygg (småhus, barnehager, småskoler) Dokumentasjonsdelen kan kreve noe VVS-kompetanse. 28

29 Generelt om nytt kravnivå og metoder for dokumentasjon i TEK NS 3031 Dokumentasjon etter tiltaksmetoden m/eksempel Dokumentasjon etter energirammemetoden m/eksempel Nye krav og konsekvenser for bruk av glass 29

30 Energirammemetoden STANDARDISERT BRUK STANDARDISERT KLIMA MODELL SIMULERING DOKUMENTASJON Energirammer i TEK ( 8-21 b) Småhus: /BRA Boligblokk: 120 Barnehage: 150 Kontorbygg: 165 Skolebygg: 135 Universitet/Høyskole: 180 Sykehus: 325 Sykehjem: 235 Hoteller: 240 Idrettsbygg: 185 Forretningsbygg: 235 Kulturbygg: 180 Lett industri/verksteder:

31 Energirammemetoden Dokumentasjon etter energirammemetoden Netto energibehov beregnes etter reglene gitt i ny NS 3031 (fra sommeren 2007 Netto energibehov beregnes for østlandsklima (Blindern) I kontrollberegningen: låste verdier for brukeravhengige parametere (driftstider, temperaturer, utstyr, varmtvann, belysning, personer) Kontrollberegningen mot rammekrav IKKE representativ for bygningens faktiske behov for levert energi, men danner basis for videre modellering Metoden basert på føringer gitt i bygningsenergidirektivet (EU-direktiv) 31

32 Eksempel på dokumentasjon etter energirammemetoden. Kontorbygg Energirammemetoden Tre-etasjers kontorbygning med en grunnflate på 20 x 60 meter. Samlet oppvarmet bruksareal blir dermed 3600 m 2. Netto etasjehøyde er 2,7 meter. Når det tas hensyn til 25 cm dekke mellom etasjene samt 25 cm nedsenket akustisk himling, blir brutto ytterveggsareal 1496 m 2. Høyden på ytterveggen beregnes som samlet netto romhøyde i tillegg til høyden på etasjeskillere og nedfelte himlinger. Også himling i tredje etasje er inkludert i høyden på yttervegg. Netto luftvolum for bygningen utgjør m 3. Oppvarmet luftvolum er forenklet beregnet til m 3, dvs 90 % av bygningens samlede volum innenfor bygningens ytterflater. Det er forutsatt bærekonstruksjoner i stål og etasjeskillere i betong. 32

33 Eksempel kontorbygg, forts. Energirammemetoden Arealet for dører, vinduer og glassfelt, som utgjør 30 % av oppvarmet bruksareal (72 % av fasadearealet), fordeler seg med 40 % mot nord og 20 % mot hver av de andre himmelorienteringene. Det benyttes vinduer og glassfelt med en gjennomsnittlig U-verdi på 1,5 W/m 2 K Alle glassflater, bortsett fra mot nord, består av solbeskyttelsesglass med 34 % solfaktor. Mot nord benyttes vanlige energiruter med solfaktor lik 63 %. Det er videre forutsatt at det mot sør, øst og vest benyttes effektiv utvendig solskjerming. For gulv og tak forutsettes at kravene til varmeisolasjon er oppfylt. Kuldebroer dokumenteres ikke, og det må derfor benyttes en kuldebroverdi tilsvarende 0,09 W/m 2 K (per m 2 oppvarmet bruksareal), som er i henhold til NS 3031 tillegg A for bygninger med bærekonstruksjoner i betong, mur eller stål samt 10 cm kuldebrobryter i fasadene. Kravet til et lekkasjetall på 1,5 forutsettes tilfredsstilt. Dette gir infiltrasjon tilsvarende 0,11 luftskifter per time ihht NS Ved beregning av netto energibehov tas det ikke hensyn til virkningsgraden i varme- og kjøleanlegg. Imidlertid inkluderes energibruk til vifter i ventilasjonsanlegg og pumper i varme- og kjøleanlegg. Energiramme for kontorbygg: 165 kwh/m 2 33

34 Energirammemetoden Eksempel kontorbygg, kompenserende tiltak Kompenserende tiltak (for økt vindusareal og høyere U-verdi for vinduer): Roterende varmegjenvinner med gjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad på 80 % over året VAV-styring av ventilasjonsluften. 80 % av konstant dimensjonerende luftmengde (CAV) på 10 m 3 /m 2 h i driftstiden (60 timer per uke) 3 m 3 /m 2 h utenfor driftstiden (108 timer per uke) Gjennomsnittlig luftmengde over døgnet lik 4,8 m 3 /m 2 h. Driftstider i henhold til NS

35 Energirammemetoden Beregnet netto energibehov. Dokumentert med energibudsjett ihht NS 3031 Energipost Netto energibehov (kwh/år) Spesifikt energibehov (kwh/m 2 år) 1a Romoppvarming 1b Ventilasjonskjøling 2 Varmtvann 3a Vifter 3b Pumper 4 Belysning 5 Teknisk utstyr (varmeanlegg) 1080 (isvannsanlegg) ,5 0, a Romkjøling 6b Ventilasjonskjøling Totalt netto energibehov, sum Lavere enn energirammen (165 kwh/m 2 ) Økt vindusareal og høyere U-verdi for vinduer bidrar med +18 kwh/m2, VAV og høyere virkningsgrad på varmegjenvinner bidrar med -24 kwh/m2 35

36 Energirammemetoden Sjekkliste som skal benyttes ved dokumentasjon etter energirammemetoden (ihht NS 3031 og temaveilederen) 0,09 36

37 Energirammemetoden (konklusjon) NS 3031 blir sentral i forhold til hvordan energibehovet skal beregnes. Gir stor frihet mht valg av løsninger, men må dokumenteres via godkjente beregningsprogram. Krever VVS-kompetanse Er første skritt på veien til å beregne tilført energi, energimerke og senere sannsynlig reelt energibruk for bygget. (bygningsenergidirektivet) 37

38 Generelt om nytt kravnivå og metoder for dokumentasjon i TEK NS 3031 Dokumentasjon etter tiltaksmetoden m/eksempel Dokumentasjon etter energirammemetoden m/eksempel Nye krav og konsekvenser for bruk av glass 38

39 Telenorbygget, Tyholt i Trondheim 39

40 Telenorbygget, Tyholt i Trondheim 40

41 Energitiltaksmetoden Nye energikrav og bruk av glass Økt bruk av glass (over 20 % av oppvarmet gulvareal) kan med Energitiltaksmetoden kompenseres med tiltak for: bedre varmeisolasjon bedre lufttetthet høyere varmegjenvinnings fra ventilasjonsluft, VAV-styring Men krav om tiltak for å oppnå tilfredsstillende inneklima uten bruk av lokal kjøling! 41

42 Nye energikrav og bruk av glass Økt bruk av glass (over 20 % av oppvarmet gulvareal) kan med Energirammemetoden kompenseres med tiltak for: bedre varmeisolasjon bedre lufttetthet høyere varmegjenvinning fra ventilasjonsluft tiltak for passiv kjøling (solskjerming, termisk masse) ned til -20 % redusert energibehov til belysning dersom styring etter dagslys eller tilstedeværelse energieffektiv styring av ventilasjonsluftmengder (VAV) lavemitterende materialer gir lavere ventilasjonsluftmengder mer energieffektiv transport av ventilasjonsluft (lavere SFP) energieffektiv bygningsform Økt glassbruk krever større kontroll av solvarmetilskuddet, og god samkjøring av varme- og kjøleanlegg Ikke lenger bidrag fra varmepumper Energirammemetoden 42

43 Lykke til! 43