Krav og eksempler på utforming av nullutslippsbygg

Transkript

1 Krav og eksempler på utforming av nullutslippsbygg Presentasjon på workshop om nye Heimdal Videregående skole, Inger Andresen, forsker SINTEF Byggforsk, Prof II NTNU Reidun Dahl Schlanbusch, forsker SINTEF Byggforsk

2 Agenda 11:45-13:45 Litt om forskningssenteret Zero Emission Buildings ZEB Hva er ZEB nullutslippsbygg Energibruk og inneklima, beregning og dokumentasjon Materialer og klimagassutslipp, vurdering og bruk av data Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg 14:00-15:00 Gruppeoppgave

3 FME-ZEB: Zero Emission Buildings In February 2009, the Research Council of Norway assigned The Faculty of Architecture and Fine Art at NTNU to host one of eight new national Centres for Environmentfriendly Energy Research (FME): Zero Emission Buildings (ZEB). Duration: Budget: approx. 38 mill Euro (300 mill NOK)

4 FME-ZEB: Zero Emission Buildings A national research centre that will put Norway in the forefront with respect to research, innovation, and implementation within the field of energy efficient Zero Emission Buildings. The main objective of ZEB is to develop competitive products and solutions for existing and new buildings that will lead to market penetration of buildings with zero greenhouse gas emissions related to their production, operation, and demolition.

5 En verden hvor bygninger ikke bidrar med klimagassutslipp 0 ZEB

6 The ZEB research activities ZEB focuses its work in five areas that interact and influence each other: WP1 Advanced materials technologies WP2 Climate-adapted low-energy envelope technologies WP3 Energy supply systems and services WP4 Use, operation, and implementation WP5 Concepts and strategies

7 Zero Emission Buildings - The Challenge Kompensere for klimagassutslipp fra produksjon av materialer og drift ved å produsere fornybar energi

8

9 Ulike ambisjonsnivåer for ZEB Klimagssutslipp* * Klimagassutslipp regnet i kg CO 2 -ekv pr m 2 BRA pr år (lagt ut over 60 års levetid)

10 Ulike ambisjonsnivåer for ZEB ZEB-O EQ Operation minus EQuipment Fornybar energiproduksjon på bygget kompenserer for klimagassutslipp fra energibruk i drift (operation) med unntak av energibruk til teknisk utstyr (equipment), dvs. plug-in laster som PCer, kjøleskap og fjernsyn. ZEB O Operation Fornybar energiproduksjon på bygget kompenserer for klimagassutslipp knyttet til energibruk for drift (operation) av bygget. ZEB-OM Operation and Materials Fornybar energiproduksjon på bygget kompenserer for klimagassutslipp fra materialproduksjon og fra drift. ZEB-COM Construction, Operation, and Materials Fornybar energiproduksjon på bygget kompenserer for klimagassutslipp fra konstruksjonsprosess, drift og materialer.

11 ZEB Pilotbygg 1. Skarpnes Arendal: 37 dwellings, ZEB-O. 2. Powerhouse Kjørbo, Sandvika. Renovation of 2 office blocks, ZEB-OM EQ. 3. Multikomfort-hus, Larvik: Single family house, ZEB-OM. 4. Ådland: +500 dwellings, ZEB-O. 5. Powerhouse Brattørkaia, Trondheim. Large office building, ZEB-OM EQ. 6. FLO Administrasjonsbygg, Haakonsvern, Bergen. Small office building, ZEB-O EQ. 7. ZEB Living Lab, Trondheim. Single family house at NTNU campus, ZEB-OM

12 ZEB concept buildings,

13 ZEB concept buildings

14 Kravspek for Heimdal VGS konkurransen fase 1

15 Overordnet målsetning Fase 1: Bygget skal som minimum regnes som «nullutslippsbygg» mht utslipp av klimagasser fra energibruk i driftsfasen, definert som ZEB-O nivå (Zero Emission Building Operation) i henhold til forskningssenteret Zero Emission Buildings ( I tillegg skal det tas hensyn til klimagassutslipp fra materialbruk. Krav til klimagassutslipp fra materialbruk vil bli spesifisert nærmere i Fase 2 av konkurransen.

16 ZEB-O Beregnet klimagassutslipp fra energibruk relatert til drift av bygningene skal over året kompenseres gjennom produksjon av fornybar energi.

17 Energibruk til drift omfatter alle energiposter gitt i NS 3031:2007. Faktorer for konvertering fra beregnet levert energi til klimagassutslipp (CO 2 -faktorer) er gitt i tabell 1.

18 Levert energi og klimagassutslipp Netto energi behov Oppvarming Tappevann Vifter Belysning Div. utstyr Kjøling passiv solvarme passiv kjøling dagslys Systemtap (regulering, distribusjon & produksjon) Tilført energi Energikilde 1 (eks. EL) Energikilde 2 (eks. olje) Energikilde 3 (eks. bio) X X X Klimagassfaktor 1 (130 g/kwh) Klimagassfaktor 2 (285 g/kwh) Klimagassfaktor 3 (7 g/kwh) = Klimagassutslipp

19

20 CO 2 -faktorer for ulike energivarer Energibærer CO 2 -faktor (g/kwh) Elektrisitet fra nettet 130 Olje (fossil) 285 Gass (fossil) 210 Avfallsforbrenning* 185 Treflis 4 Trepellets 7 Bio-etanol 85 Bio-olje 50 Bio-diesel 50 Bio-gass 25 *For fjernvarme fra anlegget til Statkraft Varme i Trondheim kan det benyttes en CO 2 -faktor på 130 g/kwh.

21 CO 2 -faktor for elektrisitet fra nettet

22 Systemgrenser - generelt

23 Systemgrenser Heimdal vgs Fornybar elektrisitet skal produseres lokalt, dvs være integrert i bygningsmassen eller på tomta, men energivarer som benyttes til produksjon av fornybar energi på stedet kan være produsert annensteds (f.eks. biobrensel). Termisk fornybar energiproduksjon kan skje på eller utenfor tomta, men ved beregning av klimagassutslipp skal det tas hensyn til eventuelle overføringstap fra produksjonsstedet. Fornybar elektrisitet som er produsert på tomta og som leveres inn på nettet, kommer til fratrekk i CO 2 -regnskapet med samme CO 2 -faktor som benyttes til import av elektrisitet fra nettet. Eksport av fornybar varme kan også krediteres klimagassregnskapet på tilsvarende måte, men begrenset slik at "inntektsført" eksportert fornybar varme over året ikke kan overstige årlig importert varme.

24 Krav til beregning Bygningene skal minst tilfredsstille passivhusnivå som angitt i NS 3701:2012. Netto energibehov og levert energi skal beregnes og dokumenteres iht NS 3031:2007 og NS 3701:2012. Det skal utføres energiberegninger med et anerkjent dynamisk simuleringsprogram som er tilgjengelig på markedet og som er validert etter NS-EN

25 Krav til beregning Alle energiberegninger skal gjøres med utgangspunkt i statistiske klimadata for Trondheim («normalår»). Klimadata som er benyttet i beregningene skal dokumenteres med kilde.

26 Krav til beregning For dokumentasjon ift nullutslippsregnskapet skal det benyttes standardiserte driftstider som gitt i NS 3031:2007. Ved beregning av netto energibehov skal det benyttes ventilasjonsluftmengder dimensjonert ut i fra reelle materialbelastninger Emisjoner fra materialbelastninger skal dokumenteres iht NS-EN 15251:2007. Luftmengder og luftkvalitet skal dokumenteres ut i fra valgte materialer og komponenter, ventilasjonsstrategi og behovsstyring, samt dokumentert termisk komfort

27 Dokumentasjon av inndata og resultater 1. Varmetapsbudsjett 2. Energibudsjett 3. Levert energi 4. CO 2 -utslipp 5. Dokumentasjon av inndata

28 Innemiljø - dagslys Innemiljø skal dokumenteres iht krav og veiledning i TEK'10. Det skal leveres beregninger som viser at gjennomsnittlig dagslysfaktor på arbeidsplanet er minst 2% i alle oppholdsrom. Helst opp i mot 5%. Dagslysberegninger skal utføres med anerkjent metode/ beregningsprogram som Radiance eller tilsvarende. Alle inndata til dagslysberegning skal dokumenteres, og inndatafiler samt resultatfiler skal være en del av leveransen.

29 Dagslys

30 Innemiljø - termisk komfort I fase 2 skal det leveres beregninger som dokumenterer at operativ temperatur i oppholdsrom ikke overstiger 26 C i mer enn 50 timer i et normalår, samt at CO 2 -nivået ikke overstiger 1000 ppm. I tillegg skal det vises at kriterier for trekk, strålingsasymmetri, gulvtemperatur og vertikal temperaturgradient er iht NS-EN ISO 7730:2005, kategori B i appendix A.

31 Innemiljø - fukt Det vil i fase 2 bli satt krav om utarbeidelse av kontrollplan for kvalitetssikring som beskriver hvordan man har sikret bygget mot fuktskader i prosjekteringsog byggefasen.

32 Ved valg og utforming av energikonsept- og løsninger skal det legges vekt på robusthet og enkelhet i bruk.

33 Klimagassutslipp fra materialbruk I konkurransens fase 1 skal det foretas en overordnet vurdering av klimagassutslipp mht alternative løsninger for materialbruk. Overslagsberegninger for klimagassutslipp for de foreslåtte løsningene skal leveres, sammen med inputdata og forutsetninger for beregningene (mengder, utslippsfaktorer, levetider, etc).

34 Klimagassutslipp fra materialbruk I fase 2 av konkurransen vil det bli definert mer spesifikke krav til klimagassutslipp for hele bygningsmassen iht ZEB-OM nivå, definert som at: Klimagassutslipp fra energibruk relatert til drift av bygningene og klimagassutslipp forbundet med materialbruk, skal kompenseres gjennom produksjon av fornybar energi. Det vil bli utarbeidet nærmere definerte kriterier som prosjektene vil bli evaluert etter.

35 Til inspirasjon

36

37 Kraftwerk B, Bennau CH, 2009 Grab Architecten

38 Kraftwerk B, Bennau CH, 2009

39 Kraftwerk B, Bennau CH, 2009

40 Marché Headquarters, Kemptthal, CH 2007

41

42

43 Marché Headquarters, Kemptthal, CH 2007

44 Elementary school, Hohen Neuendorf, D 2011

45 Elementary school, Hohen Neuendorf, D 2011 Utnyttelse av dagslys Desentralisert og hybrid ventilasjon Solceller CHP-anlegg med biopellets

46 Solar Academy, Niestetal, D 2010

47 Solar Academy, Niestetal, D 2010

48 Gemeindezentrum Ludesch, Voralberg, CH 2005 Arkitekt Hermann Kaufmann

49

50

51

52

53 Designing-Photovoltaic-Systems-for-Architectural-Integration.pdf

54 Vakumrørsolfangere som avskjerming for en bolig i Sveits. Kämpfen für architektur ag

55 Designing-Photovoltaic-Systems-for-Architectural-Integration.pdf

56 Energy-Systems-in-Architecture-28March20131.pdf

57 Oppsummering sentrale forhold å vurdere og dokumentere: Tilgang på sol, vind, andre fornybare ressurser Utveksling av energi med nettet og mellom bygg Konsept for ventilasjon, oppvarming, kjøling og dagslys Beregn energibruk, energiproduksjon, CO 2 -utslipp og inneklima (dagslys) Materialbruk hovedkonstruksjoner Overslagsberegninger av innebygget klimagassutslipp Arealeffektivitet!

58 Nye Heimdal VGS Materialvalg i Nullutslippsbygg Workshop 8.april 2014 Reidun Dahl Schlanbusch reidun.schlanbusch@sintef.no

59 Agenda Materialer og klimagassutslipp, introduksjon Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Vurdering og bruk av data, miljødeklarasjoner (EPD)

60 Materialer og klimagassutslipp Klimagassutslipp og klimagassregnskap Materialer har vanligvis stått for ca 10-30% av miljøbelastningen over levetiden Økende andel Reduksjon i klimgassutslipp fra drift Økt materialbruk med tettere bygningskropp, mer isolasjon og tekniske installasjoner

61 Materialer og klimagassutslipp Klimagassutslipp og klimagassregnskap

62 Materialer og klimagassutslipp LCA metode Systemanalyse på hele verdikjeden Kvantifiserer inn (f.eks råverer, transport, energi) og ut (f.eks utslipp, avfall) Bruker karakteriseringsfaktorer for å oversette regnskapet til miljøindikatorer. Kjært barn har mange navn: CO 2 -faktor, klimagassutlipp, GWP

63 Materialer og klimagassutslipp LCA metode både kvantitativ og kvalitativ Resultatet av en LCA er en fortelling, ikke et tall. Må tolkes og forståes. Ikke god til å generere svar med to streker under. Meget god til å spore opp miljøpåvirkninger i industriell prosesser årsak og virkning. forbedre, finne nye løsninger.

64 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Hva har vi lært så langt? Nybrottsarbeid Ingen fasit Arbeidet med Heimdal VGS blir viktig erfaring!

65 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Konseptanalyser av nullutslippsbygg Forenklet modell av en enebolig ZEB O Materialbruken er ikke optimalisert

66 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Konseptanalyser av nullutslippsbygg

67 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Konseptanalyser av nullutslippsbygg

68 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Kg CO 2 /m 2 Innebygget CO 2 nedarvet fra materialets produksjonshistorikk Masse Funksjon

69 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Powerhouse Definition Powerhouse The goal for Powerhouse is to develop and build buildings that over the life cycle produce more energy than they use for production of building materials, construction energy, use and demolition of the building. ZEB involved through WP 5- Pilot Buildings

70 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Resultater Powerhouse #1 Building table element kwh/m 2 per year kg CO 2 -eq/m 2 per year 21 Groundwork and foundations 0,34 0,07 22 Superstructure 0,01 0,04 23 Outer walls 7,62 1,86 24 Inner walls 4,20 0,65 25 Structural deck 9,29 2,17 26 Outer roof 0,14 0,00 28 Stairs, balconies etc. 0,00 0,25 36 Ventilation and airconditioning 1,99 0,30 43 Low voltage supply 0,87 0,11 49 Other electric power installations 10,34 1,92 62 Person and product transport 0,24 0,05 69 Other technical installations 0,00 0,00 Energy consumption in construction phase 1,26 0,01 Total 36,30 7,43

71 Results CO 2eq emissions Powerhouse #1 divided on material - components Distribution of the GWP over for a chosen selection of material categories, kg CO 2 eq./m 2 year

72 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Powerhouse Kjørbo Building table element kwh/m 2 per year kg CO 2 -eq/m 2 per year 22 Superstructure 0,07 0,04 23 Outer walls 3,81 1,75 24 Inner walls 1,50 1,49 25 Structural deck 6,09 1,27 26 Outer roof 2,20 0,78 28 Stairs, balconies etc. 0,03 0,01 36 Ventilation and aircondition 1,99 0,30 43 Low voltage supply 0,23 0,11 49 Other electric power installations 9,57 1,78 62 Person and product transport 0,08 0,02 69 Other technical installations 0,33 0,07 Energy consumption in construction phase 1,21 0,06 Total with reinforcing steel and concrete 27,2 5,7 Total with out reinforcing steel and concrete 22,1 4,5

73 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Powerhouse Kjørbo Fasademateriale med lavt innhold av bundet CO 2 Gjenbruk av materialer - nesten gratis!

74 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Papirbredden Futurebuilt forbildeprosjekt i Drammen

75 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Åsveien skole

76 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Åsveien skole

77 Eksempler på løsninger og konsepter for nullutslippsbygg Oppsummering Bruk mindre materialer Den mest miljøvennlige energien er den du ikke bruker Gjenbruk materialer og bygningsdeler Spesielt redusere bruk av betong, sement, stål og glass Samle miljødokumentasjon - etterpør direkte fra produsentene Sammenlikne løsninger vha EPD og LCA men husk å se på helheten Bruk resirukulerte materialer Tegn og planlegg med tanke på gjenbruk

78 Vurdering og bruk av data, miljødeklarasjoner (EPD)

79 Vurdering og bruk av data, miljødeklarasjoner (EPD) Data Klimagassregnskap.no EcoInvent database EPD Spesifikk produsentinformasjon

80 Vurdering og bruk av data, miljødeklarasjoner (EPD) Hva er en EPD? En miljødeklarasjon er et kortfattet dokument som oppsummerer miljøprofilen til en komponent, et ferdig produkt eller en tjeneste på en standardisert og objektiv måte. Forkortelsen EPD brukes både i norsk og internasjonal sammenheng. EPD står for Environmental Product Declaration. Kravene til hvordan en EPD skal lages er spesifisert i ISO-standarden Environmental Labels and Declarations Type III. En EPD lages på grunnlag av en livsløpsanalyse (LCA) etter ISO De standardiserte metodene som sikrer at miljøinformasjon innen samme produktkategori lar seg sammenlikne fra produkt til produkt, uavhengig av region eller land. Hensikten er at kunden skal kunne sammenligne miljøprofil og foreta en vurdering og et valg basert på miljødeklarasjonen. 80

81 Vurdering og bruk av data, miljødeklarasjoner (EPD) Hvordan bruke EPD? Levetid Feilmargin Systemgrenser Funksjonell enhet Funksjonell sammenlikning

82 Vurdering og bruk av data, miljødeklarasjoner (EPD) Systemgrenser EN15978* Life cycle stages of a building A1-3 PRODUCT STAGE A4-5 CONSTRUCTION B1-7 USE STAGE C1-4 END OF LIFE A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 Raw material supply * Transport Manufacturing Transport Construction installation process Use Maintenance Repair Replacement Refurbishment De -construction demolition Transport Waste processing Disposal *EN15978 Sustainability of construction works. Assessment of environmental performance of buildings. Calculation method.

83 Vurdering og bruk av data, miljødeklarasjoner (EPD) Systemgrenser

84 Vurdering og bruk av data, miljødeklarasjoner (EPD) Funksjonell enhet 84

85 Gruppeoppgave