Fremtidens bygg Veien mot nullutslippsbygg utfordrer oss til nye løsninger

Transkript

1 Fremtidens bygg Veien mot nullutslippsbygg utfordrer oss til nye løsninger Anne Grete Hestnes Professor, Fakultet for arkitektur og billedkunst - NTNU Leder, Centre on Zero Emission Buildings

2 Nullutslippsbygg på vei inn i nasjonale krav/målsetninger Kilde figur: Karsten Voss, Wuppertal University.

3 I EU: Article 9: Nearly zero-energy buildings: 1.Member States shall ensure that: (a) by 31 December 2020, all new buildings are nearly zero- energy buildings; and (b) after 31 December 2018, new buildings occupied and owned by public authorities are nearly zero-energy buildings. Og nå i Norge: St.melding 21 om Norsk Klimapolitikk: Skjerping av energikravene i byggeteknisk forskrift til passivhusnivå i 2015 og nesten nullenerginivå i 2020.

4 Hva betyr null? Kilde: I.Sartori

5 Utfordringen Kompensere klimagassutslipp fra produksjon av materialer og bygg ved å produsere mer energi enn bygget behøver til drift. NFE-T: Ny fornybar energi til termisk behov Kilde: Tor Helge Dokka, SINTEF

6 Redusert energibruk + energiproduksjon Og svaret bør i de fleste tilfeller være lokal produksjon på eller i nærheten av bygget. Jernbanestasjon, Berlin. Foto: Hestnes. Preikestolhytta. Arkitekt: Helen&Hard

7 Strategi: Trias Energetica Miljøvennlig energitilførsel Gjenvinn energi Reduser behovene Kilde: Lechner, Lysen, og fler Den mest miljøvennlige kilowatt-timen er den som ikke blir brukt! Kilde: Ecobox v/stein Stoknes

8 Første skritt redusert behov Dvs. minst lavenergi og passivhus Ladeveien 20, Oslo. Foto: Stein Stoknes Passive boliger i Nederland og i Norge Kilde: SINTEF

9 «Passivhus» Riktig buk av lysåpninger spesielt viktig i passivhus med strenge krav til maksimalt glassareal. Ladeveien 20, Oslo Kilde: Ecobox database

10 Neste skritt energiproduksjon (fornybar energi) Miljøbelastning ved bruk av ulike energikilder: UTSLIPP [CO 2 ] FRA ULIKE ENERGIKILDER Gram CO2 pr. levert kwh energi Sol Bio Elektrisitet, vannkraft Fjernvarme (landssnitt) Varmepumpe, el fra gass uten CO2 fangst LNG Gass direkte bruk Fyringsolje, propan etc. Elektrisitet, via gasskraft uten CO2 fangst Kilde: Tore Wigenstad, SINTEF

11 Termiske solenergianlegg I hovedsak for varmtvann.. og kanskje for kjøling Tyrkia Tyskland Bygningsintegrasjon = bedre lønnsomhet! Norge Illustrasjon: Maria-Cristina Munari-Probst

12 Kjøling - også i Norge Eksempel: Venstres Hus Effekten på oppvarmingsbehov (HDH) og kjølebehov (CDH) av ulike rehabiliteringsnivå Kilde: Luca Finocchiaro, NTNU

13 Det er sannsynligvis de passive kjølesystemene som vil ha størst påvirkning på arkitekturen. - Naturlig ventilasjion - Termisk masse - Solskorsteiner -. - Dobbeltfasader Foto: Kolding kommune, Hestnes «Bygningskonsepter som krever kunnskapen til både arkitekter og ingeniører, samt bruk av avansert simuleringsverktøy.» = Integrerte prosjekteringsprosesser (IDP)

14 Og solceller: Fremtidens bygninger vil ha et betydelig mindre behov for tilført energi. Men, de vil fremdeles ha noe behov for energi til belysning og til å drive vifter, pumper, og annet utstyr. Dvs. fremtidens bygninger vil i all hovedsak ha behov for elektrisitet! Og igjen, bygningsintegrasjon

15 Bygningsintegrasjon Fordeler (added values) i tillegg til energiproduksjon: - Økonomi - reduserer behovet for eget stativ eller lignende - fungerer som tak- eller fasadekledning - Status/PR-verdi - Utdanning/opplæring - Arkitektur/estetikk -? København Energi Anlegg har flere funksjoner dvs, anlegg som for eksempel produserer både elektrisitet og varme, som erstatter andre bygningselementer, og som fungerer som statussymbol for byggherren (og eventuelt arkitekten) - har mye større sjanse for å lykkes i markedet! Foto: K.Kappel Tjørnehøj Skole, Brøndby

16 Solfangere og solceller: Energibehov i bygningen: Varmtvann Romoppvarming Kjøling Belysning Elektrisitet (til drift av utstyr) Solenergiteknologi: Termiske solfangere Passive solenergisystemer Fri kjøling Dagslys Solceller Fordeler og ulemper Solfangere Solceller Utbytte/m Arkitektonisk fleksibilitet - + Fleksibilitet, plassering - + Fleksibilitet, dimensjonering +/- + Kostnad + +/- Ideell orientering Sør o Sør o Foretrukket plassering Tak/fasade Tak (?) Kilde: MC Munari-Probst SILICON OXIDE e- SILICON N-TYPE PN-JUNCTION SILICON P-TYPE e - _ +

17 Nye muligheter Solar Curtains Sheila Kennedy s forslag om å integrere solceller i gardiner. Sheila Kennedy: Partner i firmaet KVA i Boston/professor i arkitektur ved Massachusetts Institute of Technology. Kilde: MIT Spectrum

18 Nye muligheter Meejin Yoon s vindskjerm Microturbiner installert på Green Building, MIT, 2011 Meejin Yoon: Partner i firmaet Höweler &Yoon i Boston/professor i arkitektur ved Massachusetts Institute of Technology. Kilde: MIT Spectrum

19 Vind Urban turbines Vindmøller plassert på taket av en boligblokk i Chicago. Arkitekt: Helmut Jahn Slike installasjoner krever relativt høye bygninger og en gjennomsnitts vindhastighet over 4 m/s. Altså noe begrensede bruksmuligheter. Kilde: Karsten Voss, Wuppertal University

20 Bioenergi - riktig å bruke til oppvarming av bygninger? - lokal forurensing? - stort nok varmebehov? - i kraft/varme-anlegg - i fjernvarmeanlegg - hvis tett bebyggelse/mange brukere/stort behov (ref. diskusjonen om fjernvarme vs lavenergibygg)

21 Energibruk i et typisk yrkesbygg Marienlyst skole - passivhus Kjøling Teknisk utstyr Belysning Vifter og pumper Varmtvann Oppvarming Marché kontorbygg - Nullenergibygg - kwh/m2år

22 Klimagassutslipp over livsløpet i et lav/nullenergibygg 6 4 kg/m2år

23 Klimagassutslipp fra produksjon av materialer og bygg må altså også minimeres. I alle tilfeller livsløpsbetraktninger ved materialvalg - dvs. fra vugge til grav : energiinnhold i materialene (produksjon av byggevarer, transport av byggevarer, byggevirksomhet) Laftehus, Sverresborg Folkemuseum Kilde: A.S.Nordby, NTNU materialenes effekt på energibruk i driftsfasen gjenbruk Klosterenga, Oslo Kilde: GASA Arkitekter

24 Nullutslipp: Arkitektoniske konsekvenser Zero Energy Buildings are designed to perform well, be comfortable, require only standard maintenance, and look no different than ordinary buildings. Sitat: NREL/U.S.DOE TULL! Nullutslippsbygg kan ha mange arkitektoniske uttrykk og gir mange arkitektoniske muligheter! Arkitekt: Coop Himmelblau Kilde: Klaudia Farkas, NTNU

25 Arkitektoniske konsekvenser Det som ser grønt ut er ikke alltid det grønneste. Canadian Green Home : 65% reduksjon i energibruk til drift 33% reduksjon i energibruk til produksjon (inkl. energiinnholdet i materialene) 73% reduksjon i vannforbruk (kjøpt) 99% reduksjon i bruk av kjemikalier som påvirker osonlaget 98% reduksjon i avfall

26 Så hva med grønne tak? På pluss-siden: Vegetasjon på tak som erstatning for hager og parker Vegetasjon på tak som karbonlager Redusert avrenning På minussiden: Hvite/lyse tak reflekterer mer innstrålt energi (Ref. diskusjonen om avskoging som klimatiltak) Potensielt større urban heat island effect Dvs. svaret er ikke enkelt!

27 Arkitektoniske konsekvenser Fokus på energibruk kan ha en negativ effekt. Jfr. historien (forrige århundre!): - ingeniørjuletre - for de spesielt interesserte - for de som ikke er ordentlige arkitekter (Sagt av en prominent norsk arkitekt til nybakte arkitektstudenter) Forsinket utviklingen av de gode løsningene.

28 Arkitektoniske konsekvenser Dagens situasjon er en annen! Passivhus = kassehus Men enklere former gjør det lettere å nå målene. Kilde: Ecobox Kilde: Inger Andresen, NTNU

29 Arkitektoniske konsekvenser Høyere bygninger kan få problemer med tilstrekkelig takflate til energiproduksjon (solfangere og solceller). Bruk av fasader kan være løsningen spesielt på våre breddegrader - men krever soning for sol!

30 Arkitektoniske konsekvenser Alternativ til fasader kan være overdekninger over atrier, uteplasser,... Gemeindezentrum Ludes, Østerrike Arkitekt: Herman Kaufmann - og parkeringsplasser! Kilde: Klaudia Farkas, NTNU

31 Større installasjoner Bebyggelsen som kraftverk? Jernbanestasjon, Berlin Airports are typically large, isolated, shadefree structures that are visited by millions of people every year presenting the perfect platform for PV both in terms of available solar resource and for awareness raising of the technology with the public. Ricardo Rüther, REfocus July 2005 Florianopolis Airport, Brazil

32 Nullutslipp få reelle eksempler så langt Marché International Support Office, Zürich architect: Beat Kämpfen, Zürich Solarfabrik, Freiburg architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg NREL Research Support Facilities RNL Design/ Shanti Pless Green lighthouse, København

33 Nullutslipp kontor- og fabrikkbygning Solarfabrik, Freiburg (2001) Naturlig ventilasjon CHP med rapsolje Solceller Kilde: Karsten Voss, Wuppertal University architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

34 Nullutslipp kontorbygg Marché International Support Office, Zürich Passive house + Geotermisk varmepumpe 485 m 2 solceller på taket PCM i translucente fasadeelementer Kilde: Beat Kämpfen, Arkitekt architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

35 Nullutslipp boliger Solar Settlement Freiburg, Tyskland Freiburg et flott eksempel på god planlegging: Arkitekt: Rolf Disch Kilde: Karsten Voss - bygninger - transport - avfall - - architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

36 Nullutslipp boliger VELFAC s Active house, Lystrup, Danmark - solceller - solfangere - passiv solvarme (energioptimale vinduer) - varmepumpe - naturlig ventilasjon - mekanisk ventilasjon - solavskjerming - avansert styring architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

37 VELFAC s Active house

38 Nullutslipp - kontorbygg Green Lighthouse - Danmarks første offentlige CO 2 nøytrale byggeri Byggherre: Bruker: Videnskabsministeriet Københavns Universitet Totalentreprenør: Hellerup Byg Arkitekt: Christensen og Co. Arkitekter A/S Ingeniør: COWI Størrelse: 950 m 2 Byggeår: Pris: 37 mill. DKK

39 Green Lighthouse

40 Andre aktivhus Sunlighthouse, Wien Kilde: Velux NB: Også her mange svar! Framtidens aktivhus, Stjørdal Kilde:

41 Hva må gjøres: Vi må redusere energibehovet til et minimum (passivhus osv.). Vi må bruke ren, fornybar energi til å dekke det resterende behovet for varme og/eller kjøling. Vi må bruke fornybar energi til å dekke behovet for elektrisitet. Vi må vurdere materialbruken. Vi må se på sammenhengen mellom bygninger og transport.

42 Hva gjør vi: FME- senteret ZEB (Zero Emission Buildings) Fakultet for arkitektur og billedkunst ved NTNU er vertskap for et nasjonalt forskningssenter som vil plassere Norge i front innen forskning, innovasjon og implementering mht bygninger med svært lavt energibehov og uten netto klimabelastninger. Senteret er ett av åtte forskningssenter som i februar 2009 fikk status som forskningssenter for miljøvennlig energi (FME). Etableringen av sentrene er en direkte følge av klimaforliket på Stortinget i februar 2008.

43 Vårt mål/vår definisjon: Utvikle produkter og løsninger for eksisterende og nye bygninger, boliger så vel som næringsbygg, som vil lede til markedsgjennombrudd for bygninger med null klimagassutslipp knyttet til produksjon, drift, og avhending. Fra materialutvikling til pilotbygg

44 Framtidig fokus Helhet, kretsløp, sammenhenger Smart grids Miljø - mellom bebyggelse, transport, og industri - mellom bygning, system, og bruker - både elektrisitet og varme/kulde - feed-in tariffs - CO 2 utslipp i stedet for bare energi - andre utslipp - innemiljø Arkitektur - dvs. arkitektonisk fremragende løsninger Arkitektur kan være et godt virkemiddel for å få til en ønsket utvikling og et viktig redskap for å møte klimautfordringen. Sitat Stein Stoknes, Ecobox

45 Solar Ship, Freiburg Architect. R.Disch Det finnes kanskje bedre løsninger