Energistyring som miljøtiltak i norske hjem

Transkript

1 Energistyring som miljøtiltak i norske hjem Diplomoppgave 2006 av Sven Andreas Collett ved Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet

2 Energistyring som miljøtiltak i norske hjem Din bestefar bygget landet. Din far nøt livet og ante ikke følgene av det. Og du? Hva vil barnebarna dine si om deg? NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET NTNU

3 HOVEDOPPGAVE Kandidatens navn : Sven Andreas Collett Fag : Energi og miljø Energibruk og energiplanlegging Oppgavens tittel (norsk) : Energistyring som miljøtiltak i norske hjem Oppgavens tittel (engelsk) : Energy control as environmental measure in Norwegian homes Oppgavens tekst : Boliger står for en stor del av energibruken i Norge. Tiltak for å redusere denne bruken vil derfor både kunne representere privatøkonomiske, samfunnsøkonomiske, og ikke minst miljømessige gevinster. Det finnes mange alternative tiltak, men både for bedrifter og den vanlige nordmann kan det i informasjonsjungelen være vanskelig å ta avgjørelser. Resultatet kan være at ingenting blir gjort fordi det er praktisk umulig å gjennomføre alle tiltakene, samtidig som det er nesten like vanskelig å vite hvilke tiltak man skal begynne med. Automatisk styring av energibruken er et av de mange tiltakene som hindres av dette. Oppgavens gitt : Besvarelsen leveres innen : Besvarelsen levert : Utført ved (institusjon, bedrift) : Kandidatens veileder : Trondheim, Kandidaten skal kartlegge aktuelle leverandører og systemer, og vurdere hvor egnet disse er for behovene i norske hjem undersøke en utvalgt systemløsning i et livssyklusperspektiv foreslå tiltak for å øke utbredelsen av slike systemer blant sluttbrukerne Eilif H. Hansen, NTNU Faglærer

4 Forord I denne rapporten beskrives arbeidet som utgjør min diplomoppgave "Energistyring som miljøtiltak i norske hjem". Den er den avsluttende dokumentasjonen på min mastergrad innen "Energibruk og energiplanlegging" på linjen "Energi og miljø" ved NTNU. Arbeidet er normert til 20 uker, dvs. full studiebelastning over hele vårsemesteret Målet har vært å se på tilgjengelig energistyringsteknologi i Norge, hvorvidt dette er en god miljøinvestering og videre identifisere barrierer i automasjonmarkedet og finne løsninger på dem. For meg er det bakenforliggende motivet for å angripe en slik problemstilling mitt personlige engasjement for miljøet. Selv ønsker jeg, i min hverdag, å leve så miljøeffektivt og godt som mulig. I denne sammenhengen så jeg på smarthusteknologi som en mulig investering som kunne hjelpe meg bort fra ubevist bruk av unyttig energi, på en praktisk og komfortabel måte. Men er dette tiltaket virkelig betydelig miljøbesparende? Og hvis det er det, hvilket system bør jeg velge, og hvordan kan jeg få flere til å gjøre det samme? For å få til et slikt arbeid er det viktig med god kjennskap både til teknologiene, bransjen og systemet rundt. Denne oppgaven hadde derfor ikke vært mulig uten godt samarbeid og hjelp fra fagfolk, bransjerepresentanter, andre automasjonsstudenter og representanter fra offentilge institusjoner og interessegrupper. Viktige samarbeidspartnere som jeg skylder en god del av æren for at denne oppgaven har blitt som den har blitt er: Eilif H. Hanssen ved Elkraft NTNU min tålmodige, trygge veileder og styringsspesialist. Anders H. Strømman ved ind. ecol. NTNU min biveileder og livssyklusekspert. Lars Falch, Morten Skjei, Andre Joansen, og Trond Wiggo Gresdahl, fra HiST, som skrev sin hovedoppgave Smarthus opp mot min diplomoppgave med mange nyttige resultater. Jeg vil også rette en takk til: Staale Killie (Telfo), Johnny N. Holst (NTNU prosessteknikk), Christian Sølli (NTNU industriell økologi), Terje Dalheim (COWI), Bjørn Erik Askestad (Micro Matic), Lasse Janson (Norconsult), Terje Lillemo (CTM), Anders Moen (ABB), Geir Braathen (Siemens), Anne Guri Selnæs og Odd Arnesen (Enova), Stein Martin Kristoffersen og Torben Søraas (Norsec), Einar Klomsten (Bennett), Bjørn Wachenfeldt, Tor Helge Dokka og Inger Andresen (SINTEF Arkitektur og byggeteknikk) Disse personene har bidratt med informasjon og på andre måter vært nyttige for arbeidet. Sist, men ikke minst, vil jeg takke min kjære samboer Aina Brigtsen som har holdt ut med en til tider svært stresset og lite tilstedeværende kjæreste, i tillegg til å ha vært behjelpelig med illustrasjoner og redigering. Trondheim 22. august 2006 Sven A. Collett August 2006, Sven Collett I

5 Sammendrag Denne rapporten beskriver resultatene av Sven Colletts masteroppgave ved sivilingeniørutdanningen Energi og miljø, NTNU, og omhandler energistyring som miljøtiltak i norske hjem. Gjennom spørreundersøkelse, intervjuer, innhenting av anbud og litteratursøk i samarbeid med en hovedoppgavegruppe fra Høgskolen i Sør-Trøndelag, blir 11 leverandører av energistyringsutstyr beskrevet og evaluert. Til evalueringen utvikles det en egen metode for poengfordeling som foreslås brukt videre som grunnlag for et nettbasert hjelpemiddel for valg av styresystem for sluttbrukeren. I samarbeid med Enova og deres innleide reklamebyrå Bennett blir også en ny utgave av Enovas kjøpsveilederbrosjyre for slike anlegg laget. Gjennom en grov livssyklusmiljøanalyse kombinert med energiøkonomiske beregninger på systemet som tilfredsstilte de prioriterte vurderingskriteriene best, viser det seg at systemet er miljølønnsomt med effektivt investerte miljøkroner. Dette til tross for at den rene økonomiske lønnsomheten er relativt lav ved de mest plausible antagelsene for strømpriser, levetid, rentenivå og besparelser. Dersom leverandørene kunne garantere en levetid som tilsvarte deres forventninger til teknisk levetid, ville bedre økonomisk levetid gjøre anlegget er klart lønnsomt under selv de mest pessimistiske antagelsene for strømpriser og rentenivå. For miljøanalysen betraktes forskjellige antagelser for utslipp knyttet til elektrisk forbruk i Norge, avhengig av tidshorisont og forventninger til fremtiden. Energistyringen viser seg å være miljølønnsom for alle antagelsene, selv om den ekstremt lave antagelsen med sparing av gjennomsnittlig norsk kraftmiks gir en marginal miljølønnsomhet som etter modellens usikkerhetsmomenter kan gi noe tvil om miljølønnsomheten i tiltaket. Det presenteres sentrale argumenter for å anta en utslippsprofil for energistyringens sparte elektrisitet tilsvarende en kombinasjon av gjennomsnittlig norsk kraft og gasskraft. Ved denne antagelsen er energistyringen klart miljølønnsom. August 2006, Sven Collett II

6 Abstract This report details energy control as an environmental measure in Norwegian homes. It is Sven Colletts master level thesis of the Master of Science study Energy and Environment at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU). Information was gathered through a questionnaire, interviews, inviting tenders and a literature survey in cooperation with a Bachelor student group from Sør-Trøndelag University College. In total 11 suppliers of energy control equipment are described and evaluated. The evaluation method made for this survey is suggested as the foundation for a web based tool to help consumers choose a system. In cooperation with Enova and Bennett a new version of Enovas consumer guide brochure on such systems is developed. The system with the highest score from the evaluation proves to be an environmentally profitable and efficient investment by using a screening Life Cycle Assessment, combined with energy economical calculations. This is the case even though the pure economical profit is relatively low when calculated with the most plausible assumptions for energy prices/savings, lifespan and interest rates. If the suppliers could give a guarantee that corresponded to their expectations of technical lifespan, better economical lifespan would make the investment clearly profitable even with the most pessimistic assumptions for electricity prices and interest rates. For the environmental analysis, different assumptions for emissions connected to electricity use in Norway, depending on time perspective and future expectations, are considered. The system proves to be environmentally profitable for all assumptions even though only marginally for the assumption corresponding to an average Norwegian power mix, in which case such a conclusion is doubtful due to the uncertainties of the assessment model. With the most plausible assumption corresponding to a combination of average Norwegian power mix and gas power, the system is clearly environmentally profitable. August 2006, Sven Collett III

7 Innholdsfortegnelse Innholdsfortegnelse 1. INNLEDNING KONTEKST PLANLEGGING SAMARBEID BEGREPER OG TEKNOLOGI SMARTHUS OG STYRINGSTEKNOLOGI STYRINGSTEKNOLOGI De åpne standardene LIVSSYKLUSPERSPEKTIVET MILJØLØNNSOMHET, ØKONOMI OG ENØK TEORI OG METODE MARKEDSKUNNSKAP OG BRANSJEOVERSIKT Intervjumodell og spørreundersøkelse Markedsteori og makroøkonomi METODE FOR VURDERING AV LEVERANDØRER ENØKBEREGNING OG MILJØBELASTNING Besparelsespotensialet Energipriser og miljøfølger Økonomi Dataverktøy for enøkberegninger LIVSSYKLUSMETODIKK Hybrid LCA VERDIKJEDEN OG SYSTEMET RUNDT VERDIKJEDEN OG MARKEDET SYSTEMET RUNDT Direktiver og forskrifter Institusjoner og interessegrupper VINNERE OG TAPERE I AUTOMASJONSMARKEDET VURDERING OG BESKRIVELSER AV SYSTEMER OG LEVERANDØRER BESKRIVELSER AV SYSTEMER OG LEVERANDØRER ABB CTM Utvikling AS ELKO Hager gruppen ISI-Tech AS Merten Micro Matic Moeller Nobø Electro AS Plasus Technologies AS Schneider Electric Norge AS Tronika Andre leverandører og aktører PRISVURDERINGER VURDERINGSKRITERIER Forklaring av vurderingskriteriene VURDERINGSMATRISEN OG RESULTATER DISKUSJON AV METODEN OG RESULTATENE August 2006, Sven Collett IV

8 Innholdsfortegnelse 7. ENERGISTYRINGENS ENERGIØKONOMI OG MILJØNYTTE ENØKBEREGNINGER Sparepotensialet ved lysstyring Sparepotensialet ved varmestyring Sparepotensialet ved ventilasjonsstyring Målinger og beregninger av totalbesparelser ØKONOMISK LØNNSOMHET ENERGISTYRING I ET LIVSSYKLUSPERSPEKTIV Hybrid-LCA av energistyring Miljølønnsomhet SLUTTBRUKERINFORMASJON FORMÅL MED INFORMASJONSTILTAK BRUKERENS BEHOV LØSNINGEN MED ENOVA OG BENNETT Informasjonsbrosjyre Kjøpsveilederen Tekstutkast til kjøpsveilederen Kjøpsveilederen og nettsideinformasjon ENERGISTYRING - ET TILTAK FOR DE TUSEN HJEM? KONKLUSJON VIDERE ARBEID KILDER OG REFERANSER August 2006, Sven Collett V

9 Innledning 1. Innledning Målet med denne oppgaven har vært å finne ut om energistyring er godt investerte miljøkroner for norske husholdninger, og eventuelt hvordan slik miljøteknologi kan fremmes. Det finnes mange mulige angrepsvinkler som kan gjøre et miljøløft, men det jeg innenfor denne oppgaven konkret vil gjøre er å: Finne ut hvilke styresystemer som finnes på markedet i Norge, hvordan de fungerer og vurdere hvor godt disse tilfredsstiller behovene i norske hjem. Undersøke et godt egnet systemet med tanke på hvor miljøeffektiv investeringen er i et livssyklusperspektiv. Identifisere barrierer i automasjonsmarkedet og se etter mulige løsninger på disse for å øke utbredelsen av smarthus i Norge. Automasjonsbransjen er stor og dekker et bredt spekter av tekniske løsninger, og i tillegg er markeds- og livssyklusanalyser tidkrevende arbeid. Hvert av arbeidspunktene over kunne slik problemfritt utgjort temaet for en masteroppgave i seg selv. Likevel er alle punktene tatt med for å se på styringen i et helhetsperspektiv. Dette innebærer imidlertid også at arbeidet må avgrenses slik at det blir mulig å gjennomføre det innenfor de 20 ukene som er til rådighet. Da oversikt over leverandører og systemer på det norske markedet er et sentralt punkt som i seg selv er nyttig for de andre arbeidspunktene, er det her den største arbeidsmengden er lagt ned. Livssyklusanalysen er hovedsakelig tatt med for å si noe om styringens totale miljøvirkning. Denne er ikke avgjørende for de andre punktene, og følgelig minst vektlagt. Litteraturmessig er oppgaven basert på så å si all informasjon som er mulig å finne på området styring i norske hjem. Det finnes ikke mye litteratur på området, så det er tatt i bruk alt fra omfattende forskningsarbeider fra SINTEF, til informasjonsbrosjyrer fra enkeltleverandører. Kildene er følgelig delt inn i grupper ut fra kildetype og troverdighet, og supplert med intervjuer, møter og telefonsamtaler med fagfolk og representanter for viktige aktører. Det refereres derfor med etternavn og årstall, for eksempel [Collett 2005], der det er snakk om litteratur, og til navn på kontaktpersoner og deres tilhørighet, der samtaler, intervjuer, spørreundersøkelser eller nettsider er kilden, for eksempel [Moen, ABB] eller [Enova]. August 2006, Sven Collett 1

10 Kontekst 2. Kontekst Norges land er svært rikt på naturressurser. Dette gjelder særlig ressurser som allerede er eller lar seg omvandle til energibærere. God tilgang på energi er en avgjørende faktor for landets levestandard, og har vært en solid grunnmur for industrialiseringen de siste 150 årene. Slik har energien også utviklet seg til å bli en selvfølge for oss, uten videre tanker om mulige følger av vårt økende forbruk. Som sitatet på tittelsiden viser, har vi kommet til det punktet i historien der vi vet at menneskelig aktivitet påvirker ballansen i verden rundt oss. Selv om journalister gjerne vil vise tosidige bilder av miljødebatten og det alltid finnes noen opponenter, er det i dag bred konsensus blant klimaforskere om at menneskeskapte utslipp påvirker klimaet, at påvirkningen øker og kan få alvorlige konsekvenser [Worldwatch Instiute 2003]. Kyotoprotokollen og opprettelse av det europeiske karbonmarkedet EU ETS 1 viser at det også er internasjonal politisk aksept for dette synet [Hasselknippe, 2006] [Point Carbon 2006]. Med dette i bakhodet gjør stadig flere seg tanker rundt følgene av det livet de fører. Mange ønsker å gjøre noe for miljø og fremtidige generasjoner, men hva? I følge en omfattende ICMundersøkelse fra februar 2006 [ICM] er briter i gjennomsnitt villige til å investere 331 (~3700kr) for å miljøeffektivisere sin bolig, og dette uavhengig av medfølgende kostnadsbesparelser. Også i Norge viste AC Nielsens undersøkelse for Norsk vindkraftforening at 77 % var villige til å betale 200 kr mer for strøm i året, for å støtte opp om utbygging av fornybar elektrisitet [Dagsavisen]. Disse undersøkelsene viser at folk er innstilt på å gjøre et miljøløft i bærekraftighetens ånd, uavhengig av personlig profitt. Selv om de spurte i undersøkelsen har gitt avkall på den direkte økonomiske gevinsten ved en slik miljøinvestering, er det klart at det er viktig at pengene investeres så miljøeffektivt som mulig. Dvs. man ønsker å vite at man har fått mest mulig miljønytte ut av pengene. Dette er en sentral diskusjon for denne oppgaven. Når så "mannen i gata" beveger seg ut på "miljømarkedet", blir han oversvømt med informasjon og argumenter fra selgere som hevder å ha den rette løsningen, og som mener det omvendte om hverandre. Skal man varme opp med pellets, varmepumpe eller gass? Eller var det bilen som burde gått på gass? Kanskje det er best å vente på hydrogenbilen? Resultatet blir gjerne at tiltaket blir lagt på is inntil man klarer å bestemme seg for hva som er det beste tiltaket. På denne måten fører miljøinformasjonståken ofte til at ingenting blir gjort. Det er altså ikke mangel på gode tiltak som er problemet, men snarere de mange gode mulighetene med varierende og usikker informasjon. Dette hovedproblemet er en grunntese for denne oppgaven. Et løft en vanlig familie i Norge kan gjøre, er å gjøre noe med sin egen energibruk i hjemmet. Dette fordi produksjon, overføring og bruk av energi medfører direkte og indirekte miljøbelastning og kostnader (se kapittel 4.3). I følge Enovas byggstudie [Enova SF 2003] var bygninger den største energibrukssektoren med 82 TWh, eller 38 % av landets totale energibruk i Av denne energianvendelsen står boliger for brorparten på 47TWh (se grafisk oversikt 1 European Union Emission Trading Scheme August 2006, Sven Collett 2

11 Kontekst under). Energibruken i husholdningene er også den brukssektoren som vokser raskest. Den har vokst med 50 % de siste 25 årene og ser ikke ut til å flate ut [Enova]. Figur 2.1 Energibruk i Norske bygninger [Enova SF 2003] Av figuren ser vi at også næringsbygg utgjør en stor andel av energibruken. I denne kategorien bygninger er energistyring og andre tiltak for bevisst energibruk og reduksjon på full fart inn. Store bygninger med høy spesifikk energibruk (kwh/m 2 ), og få og kostnadsfokuserte aktører, er enklere å nå, og oppnår raskere lønnsomme enøktiltak (se kapittel 7). Dette gjør det igjen lettere å overbevise næringskundene om behovet for energistyring. Det er mange grunner til at energistyring ikke enda er like godt på vei inn i boliger. Byggautomasjonsbransjen er ikke lett å få oversikt over for sluttbrukeren, som sjelden vet helt klart hva han eller hun er ute etter. Sluttbrukeren kommer helst i kontakt med bransjen gjennom elektrikerne som sjelden er gode selgere, og som gjerne har erfaring og fordelaktige avtaler med enkeltleverandører. Uten mulighet til å sammenligne systemløsninger og priser med konkurrenter, eller informasjon fra en leverandørnøytral rådgiver, må det dermed gjøres en take it or leave it -avgjørelse uten tilstrekkelig grunnlag. Dette er en situasjon uten forhandlingsmakt, som de fleste helst unngår å begi seg inn i, eller raskt trekker seg ut av. I tillegg konkurrerer leverandørene om folks ressurser som kan brukes på helt andre miljøtiltak, komfortløsninger eller underholdning som ofte er mer oversiktlige markeder. I automasjonsmarkedet finnes det derfor trolig flere svake punkter som kanskje kan forbedres ved samarbeid eller tiltak fra myndigheter og institusjoner. August 2006, Sven Collett 3

12 Kontekst Figur 2.2 Bygningsmassen fordelt på boliger i BOA og næringsbyginger i BTA [Enova 2003]. Dersom man ser på fordelingen av bygningsmassen i Norge (figuren over), ser man at boligene til sammen utgjør ca 2/3. Med denne fordelingen og energitallene beskrevet over, ser det ut til at energitiltak som for eksempel energistyring i Norske hjem, kan utgjøre et betydelig miljøløft. Vi snakker altså kanskje om et betydelig samfunnsøkonomisk miljøpotensial for Norge. Til denne figuren hører det også til at nordmenn i gjennomsnitt har ca. dobbelt så store husholdninger som dansker (hhv. 128 m 2 og 62 m 2 ), som ellers har ca. samme energiforbruk og antall personer per husholdning [Festervoll, 2000]. Hvis man ser på spesifikk energibruk pr. person (målt i kwh/person*m 2 ), kan dette tolkes som at energien blir mer effektivt utnyttet i Norge. På den andre siden er det kanskje viktigere å poengtere tolkningen at vi har unødvendig store boliger sammenlignet med våre naboland. Slik kan det argumenteres for at det ikke er energieffektivitet, men boligstørrelsen som er hovedproblemet man burde fokusere på. Når dette er sagt må det også sies at nordmenns forhold til hjemmet, hjemmekos og komfort er spesielt. Peisen er ikke bare en varmekilde, men en sosial samlingsplass med symbolsk verdi for norsk hyggefølelse [Rolness 1995]. Varme, sikkerhet, personlighet og gjestfrihet er i følge Rolness sentrale faktorer for nordmenns livsviktige hjemmekos. Dette gjenspeiles også i nordmenns investeringsvillighet i oppussing, komfort og store boligarealer. Å angripe denne kulturen for å bedre miljøet, krever holdningsendringer og metoder som sjelden bringer suksess, er vanskelige å gjennomføre, og som må gå over lang tid. Derfor ser jeg på teknikk for mer effektiv anvendelse av energi i hjemmene, som en mer direkte og effektiv løsning for endringer i dagens miljøsituasjon. Potensialet ligger altså i å hjelpe folk til å gjøre gode miljøinvesteringer når de først har bestemt seg for å investere i hjemmet. August 2006, Sven Collett 4

13 Kontekst 2.1. Planlegging For å dokumentere godt hvordan resultatene i denne rapporten har fremkommet er det i denne delen tatt med en oversikt over hvordan tiden ble planlagt, inndelt og brukt, i tillegg til en kort presentasjon av viktige samarbeidspartnere og informanter. Arbeidet med denne masteroppgaven er fra NTNU normert til å gå over 20 uker. For å svare best mulig på oppgaveteksten og komme vurderingskriteriene i møte, laget jeg kort etter uttaket av oppgaven (30. mars 2006) en grov fremdriftsplan. Arbeidet ble planlagt som følger: Aktivitet Uke Oppgaveformulering Litteraturstudie og Teori Avgrensning og Planlegging 3 Etablere kontakt/samarbeid Kartlegge leverandører HiST markedsundersøkelse 2 Miljønytte Sluttbrukerinformasjon Dokumentasjon 1 1) Vanlig leveringsfrist for andre. Innhold ferdig til denne fristen. 2) HiST-gruppen presenterer resultater. 3) Veileder Eilif Hugo Hansen går i ferie til 15/8 = uke 33. Tabell 2.1 Fremdriftsplan for diplomarbeidet fordelt på arbeidsområder Denne fremdriftsplanen ble satt opp for å avgrense mengden tid til de forskjellige delene av oppgaven, og for å definere tydelige delmål å jobbe mot. Den ble videre utdypet i en detaljert arbeidsplan med arbeidspunkter på dagnivå som ikke er tatt med her. I praksis ble arbeidet i stor grad gjennomført som planlagt. Noen små endringer måtte likevel til i løpet av semesteret. Kartleggingsarbeidet med beskrivelser av forskjellige leverandører var mer tidkrevende enn forventet. Da samarbeidet med HiST-gruppen (beskrevet under) ble formalisert, ble det naturlig å utvide arbeidsperioden til dette arbeidspunktet med noen uker, slik at det ble avsluttet samtidig med HiST-gruppens arbeid. I tillegg ble det nødvendig å følge opp leverandørene i ettertid for å få tilbakemelding på beskrivelser og vurdering. Grunnet vanskeligheter med tilgang på data fra CTM, og en noe mer tidkrevende metode enn planlagt i utgangspunktet, trengte også miljønyttvurderingen noen uker ekstra tid. Siden jeg inngikk en avtale med Enova om å samarbeide med reklamebyrået Bennett (se under) om informasjon til deres kjøpsveileder, ble også tiden satt av til sluttbrukerinformasjonsdelen forskjøvet 1 uke for å passe med deres frister. Ellers krevde også dokumenteringsarbeidet underveis noe mer tid enn først antatt. I praksis ble derfor ukene fordelt som følger på de forskjellige arbeidsområdene: August 2006, Sven Collett 5

14 Kontekst Aktivitet Uke Oppgaveformulering Litteraturstudie og Teori Avgrensning og Planlegging 3 Etablere kontakt/samarbeid Kartlegge Leverandører HiST markedsundersøkelse 2 Miljønytte Sluttbrukerinformasjon 4 5 Dokumentasjon 1 1) Vanlig leveringsfrist for andre diplomstudenter. 2) HiST-gruppen presenterer resultater. 3) Veileder Eilif Hugo Hansen går i ferie til 15/8 = uke 33. 4) Deadline: Kjøpsveileder ferdig formulert og korrigert til Trykkeriet. 5) Printtrykk av kjøpsveileder ferdig. Tabell 2.2 Ukeskjema slik arbeidet ble gjennomført August 2006, Sven Collett 6

15 Kontekst 2.2. Samarbeid Til diplomarbeidet benyttet jeg anledningen til å inngå samarbeid med både studenter ved andre utdanningsinstitusjoner, veiledere og kunnskapspersoner ved andre fakulteter ved NTNU, og representanter ved andre institusjoner og bedrifter. Deres relasjon til denne rapporten beskrives kort under. Først og fremst må hovedprosjektgruppen ved Høgskolen i Sør-Trøndelag bestående av Lars A. Falch, Andre Johansen, Morten Severin Skjei og Trond Wiggo Gresdahl nevnes (HiST-gruppen heretter). Samtidig som jeg startet opp med kartleggingsarbeidet ble jeg informert om at det fantes en gruppe ved HiST som skrev sin hovedprosjektoppgave 2 med tittelen Smarthus. Deres oppdrag for Rambøll gikk ut på nettopp å kartlegge aktører i styringsbransjen, og å komme med anbefalinger. Da det ikke er grunn til å gjøre dobbeltarbeid inngikk vi en avtale om å dele på all gjensidig relevant informasjon og litteratur. Videre fikk HiST-gruppen hjelp til utvikling og bruk av vurderingsmetoden (beskrevet i teoridelen) som de benyttet til sin rangering av leverandører, mot at jeg kunne bruke resultatene direkte videre i min oppgave, og slik bygge videre på deres arbeid (samarbeidsavtale formalisert i vedlegg D1). Slik valgte jeg også, på grunnlag av HiSTgruppens poengfordeling, hvilken leverandør jeg skulle vurdere miljønytten av. I forbindelse med myndighetenes påvirkning på styringsmarkedet, var Enova en logisk aktør å ta kontakt med. Heldigvis var de klar over en del av utfordringene på styringsfronten og hadde allerede bestemt at deres kjøpsveileder for varmestyring (informasjonsbrosjyre for sluttbrukere) skulle utarbeides på nytt. Slik ble det naturlig at den siste delen av min oppgave peilet seg inn på å kunne brukes til dette. Med Anne Guri Selnes (Seniorrådgiver i Enova) avtalte jeg å bidra med innhold til den nye kjøpsveilederen for varmestyring og nettsider til dette, samt å stille opp for å kurse Enovas svartjeneste i styresystemer. For miljønyttevurderingen (arbeidspunkt 3 i oppgaveteksten) valgte jeg en omfattende fremgangsmåte for å få frem et helhetlig og nevneverdig bilde av styringsløsningen, nemlig LCA 3. LCA representerer et eget fagfelt som ved NTNU har et eget institutt. Det var derfor naturlig å spørre om hjelp fra Instituttet Industriell økologi som driver mye med slike analyser, og som har god kompetanse på området. Her var jeg så heldig å få Dr. ing. Anders Hammer Strømman og hans vitenskapelige assistent Chirstian Solli til å assistere som biveiledere til oppgaven. De hjalp meg med å lære nødvendige dataprogrammer, velge gode databaser, sette opp en hensiktsmessig modell og fremgangsmetode, og kvalitetssjekke hele arbeidet underveis. 2 Avsluttende bacheloroppgave ved høgskoleingeniørutdanningen. 3 Engelsk forkortelse for Life Cycle Assessment som på norsk er livssyklusanalyse. August 2006, Sven Collett 7

16 Begreper og teknologi 3. Begreper og teknologi Denne delen tar for seg viktige begrep, redegjør for hvordan enkelte ord blir brukt i rapporten, og presenterer det tekniske grunnlaget som trengs for å forstå en del av det arbeidet som gjøres videre. Vanlige begrep som enkelt lar seg forklare, blir forklart første gang de brukes ved hjelp av fotnote. En del ord kan imidlertid brukes og forstås forskjellig, være kompliserte eller ukjente for mindre fagkyndige, og være av sentral viktighet for denne oppgaven. Disse forklares og diskuteres sammen med presentasjon av nødvendig teknisk grunnlag. August 2006, Sven Collett 8

17 Begreper og teknologi 3.1. Smarthus og styringsteknologi I dette avsnittet forklares begreper knyttet til smarthus og energistyring. Begrepene brukes litt om hverandre, og i denne rapporten menes generelt systemer som styrer energien i et hjem på en praktisk og komfortabel måte. Hva de tekniske løsningene består av, og hvordan de fungerer i prinsippet, blir også forklart her. De forskjellige løsningene som finnes på det norske markedet, og hva de kan, blir presentert hver for seg i kapittel 6.1. Energistyring er et sentralt begrep for denne oppgaven og omfatter i utgangspunktet alle systemer som på en eller annen måte styrer energibruken i et hjem. Vanlig eller konvensjonell styring består i lysbrytere på vegger og termostatstyring 4 av elektriske ovner, samt annet oppvarmingsutstyr. Er man ute etter mer effektiv og praktisk anvendelse av energien finnes det gode tekniske løsninger for å forvandle en vanlig norsk bolig til et smarthus 5. I denne oppgaven benyttes ordet energistyring som et samlebegrep for slikt utstyr. Begrepet brukes i videste forstand til å gjelde alt fra de aller enkleste koblingsurene 6, til de mest avanserte helintegrerte systemene med distribuert intelligens 7. Om energistyring brukes en rekke andre betegnelser som styresystem, buss-system, kommunikasjons- / kontrollsystem og relaterte begreper som intelligente installasjoner, effektstyring, varmestyring og lysstyring som gjerne brukes om hverandre. I denne oppgaven er det generelt valgt å bruke energistyring som et samlebegrep og de andre, som for eksempel varmestyring, til spesielle deler av systemet som til sammen gjør hjemmet til et smarthus. Smarthus blir i så måte også et samlebegrep for bygninger med intelligente installasjoner 8, som i dagligtalen også har diverse andre betegnelser som intelligente bygg og selvregulerende boliger. Disse begrepene må ikke forveksles med lavenergiboliger, som er en betegnelse på bygninger som bruker lite energi. Generelt er lavenergiboligene basert på bedre isolasjon som hovedtiltak for lavere varmetap, men er ofte også utstyrt med styresystemer slik at de blir intelligente lavenergiboliger [Wachenfeldt 2004]. Selv om det altså finnes bygninger som både er lavenergiboliger pga. god isolasjon og samtidig er smarthus pga. intelligente installasjoner, er dette to forskjellige begrep. Grunnen til at det er viktig å skille mellom dem, er at energisparingseffekten man får ut av energistyring blir mindre jo bedre isolert bygningen er. Dette fordi hovedsparingen ved de fleste systemer baserer seg på unngått varmetap ved hjelp av 4 Vil normalt si at apparatet har en innebygd eller ekstern varmeføler som regulerer varme ved å slå det av og på ved innstilte temperaturer. 5 Brukes her om en bygning med intelligente installasjoner for praktisk og optimal energibruk. 6 Brytere til montasje i stikkontakter som koble r inn og ut strøm til innstilte tider. 7 Avanserte styresystemene har gjerne fordelt intelligensen utover i anlegget, slik at hver komponent i systemet innehar noe intelligens. De intelligente komponentene kan kommunisere med de andre komponentene, og kan handle uavhengig av sentrale styringsenheter. Se beskrivelsen av buss-systemer og de åpne standardene i kapittel Teknisk utstyr som gjør det mulig for huset å observere og reagere/justere på forskjellige tilstander, som for eksempel temperatur, ved hjelp av kommunikasjon mellom komponentene. August 2006, Sven Collett 9

18 Begreper og teknologi behovsstyrt temperatursenking 9 etter tilstedeværelse. Når da huset blir så godt isolert at temperaturen ikke rekker å synke nevneverdig i løpet av en vanlig arbeidsdag, er det heller ikke mye energi å spare på slik styring. Det er altså en trade-off mellom de to energisparingstiltakene som gjør at man ikke får fullverdig utbytte av begge tiltak hvis begge gjennomføres [Killie, NELFO]. Teknikken som benyttes i smarthus er velkjent fra datakommunikasjonsverdenen, men anvendt på elektroinstallasjoner fremstilles den gjerne som ny [Hansen, 2005]. Utstyr for bygningsautomasjon har imidlertid eksistert på det norske markedet i over 20 år og er etter hvert ganske vanlig å finne i næringsbygg. Tanken om å bruke utstyret også i boliger er heller ikke ny, selv om det er tydelig at dette til nå har vært mindre vanlig. Ut fra satsingen mot bolig, observert hos diverse leverandører i denne oppgaven, i kombinasjon med en ny generasjon huskjøpere som har vokst opp med kommunikasjonsteknologi, er det grunn til å anta at dette er noe som er i ferd med å snu [Johansen et al. 2006]. 9 Betyr at systemet senker temperaturen i perioder hvor visse soner eller hele bygningen ikke er i bruk. Når dette gjøres om natten mens man sover, eller på dagen mens alle er på jobb, snakker man om hhv. natt- og dagsenking. August 2006, Sven Collett 10

19 Begreper og teknologi 3.2. Styringsteknologi I dette kapittelet presenteres grunnleggende styringsteknikk. Intensjonen er at leseren skal forstå hva systemene gjør, hvordan de fungerer, og hva som teknisk sett er forskjellen på systemene som blir beskrevet siden. Den enkleste formen for energistyring utover det konvensjonelle anlegget, er koblingsuret. Et koblingsur kan være mekanisk eller digitalt og varierer fra de enkleste nedtellingstimerne eller døgnbaserte klokkene med timesoppløsning, til flere fjernstyrte komponenter med ukes-program og sekundoppløsning. Koblingsurene plugges ganske enkelt i stikkontakten og det som ønskes styrt plugges inn i dem igjen. De fåes bl.a. kjøpt i butikkjeder som Clas Ohlson og Ikea, og koster fra 50 til 500 kr. Det koblingsurene gjør, er ganske enkelt å koble av og på strømtilførselen etter de tidsinnstillingene brukeren har lagt inn. På denne måten kan koblingsurene automatisk skru av og på alt elektrisk utstyr i hjemmet, som for eksempel panelovn, kaffetrakter, komfyr, lys og stereoanlegg. Hvor mye et koblingsur kan styre er avhengig av hvor mye strøm det tilkoblete utstyret trekker. Koblingsurets maksimaleffekt må aldri overgås, da dette vil ødelegge utstyret og i verste fall kan føre til brann. Dersom det ønskes mer praktiske og avanserte løsninger, er neste tekniske nivå PLS-utstyr 10. Et PLS-system kan være i stand til å måle temperatur, tilstedeværelse og tid, og til å skru av og på, eller regulere teknisk utstyr ut fra de målte parametrene. Som navnet tilsier, baserer slikt utstyr seg prinsipielt på fysiske av-, på- eller nivå-signaler tatt inn fra sensorer som logisk kobles til fysiske ut-signaler i en eller flere sentralenheter. I slike systemer sitter all intelligensen i den sentrale enheten som kommuniserer med sensorer og aktorer gjennom direkte fysiske signaler. Derfor betegnes systemene også ofte som sentraliserte- eller stjerne-systemer. Fordelen med utstyret i forhold til koblingsurene, er den logiske programmeringen, enklere justering fra en sentral og mulighetene dette gir for mer samordnet funksjonalitet. Systemene krever at det legges kabler fra sentralen til alle sensorene og enhetene som skal styres, og at de må monteres av elektriker. Da systemet krever kabler og komponenter til hver enkelt funksjon, vil også prisen variere betydelig med antallet og typen funksjoner brukeren ønsker. Skal systemet være i stand til flere avanserte funksjoner, fleksibelt med tanke på fremtidige behov, eller dataoverføring mellom komponentene i systemet med distribuert intelligens, trengs det et buss-system. 10 Forkortelse for Programmerbar Logisk Styring August 2006, Sven Collett 11

20 Begreper og teknologi Figur 3.1 Funksjoner integrert i et buss-system [Hansen 2005] Enkelt forklart fungerer buss-systemet på en lignende måte som en menneskekropp. Kroppen har nervebaner (analogt med systemets buss) som muliggjør kommunikasjon mellom øyne, ører og følelsessanser (systemets sensorer), samt muskulatur, armer og bein (systemets aktorer som er enheter som på grunnlag av informasjon fra bussen utfører handlinger som for eksempel å koble til strømmen på en panelovn). Ved hjelp av korte signaler fra for eksempel varmereseptorer i fingrene (temperatursensorer), trigges riktige automatiske reaksjoner i armmusklene for å trekke tilbake hånda fra en flamme. Samtidig kan signalene også sendes til hjernen (SD-anlegget 11 eller regulatoren), som kan vurdere og koordinere bevegelser ut fra gitte situasjoner. For å komplettere sammenligningen kan det her også taes med at det finnes systemer som kan lære av bruksmønster, og slik tilpasse styringen ut fra erfaring med hva brukeren pleier å gjøre (se for eksempel Tronikas X-10 baserte system i kapittel ). 11 Forkortelse for Sentral Driftskontrloll som er en vanlig betegnelse på større systemer med en hovedsentral tilsvarende toppsystem-pcen i et næringsbygg. August 2006, Sven Collett 12