Godt Inneklima Lavt energiforbruk SIMULERINGSEKSEMPLER.

Transkript

1 Godt Inneklima Lavt energiforbruk SIMULERINGSEKSEMPLER. Siv.ing Arve Bjørnli MAJ 203 SIDE

2 Grunnlag fra forskrifter: TEK 0 og kravene til bygninger: Kapittel 4. Energi I. Innledende bestemmelser om energi 4-. Generelle krav om energi () Byggverk skal prosjekteres og utføres slik at lavt energibehov og miljøriktig energiforsyning fremmes. Energikravene gjelder for bygningens oppvarmede bruksareal (BRA). (2) Beregninger av bygningers energibehov og varmetapstall skal utføres i samsvar med Norsk Standard NS-303 Beregning av bygninger energiytelse - Metode og data. U-verdier skal beregnes som gjennomsnittsverdi for de ulike bygningsdeler. (3) Småhus i dette kapittelet omfatter enebolig, to- til firemannsbolig, rekkehus og kjedehus. (4) For tiltak der oppfyllelse av krav i dette kapittel ikke er forenlig med bevaring av kulturminner og antikvariske verdier, gjelder kravene så langt de passer. MAJ 203 SIDE 2

3 Grunnlag fra forskrifter: II. Energieffektivitet 4-2. Energieffektivitet () Bygning skal tilfredsstille nivå angitt i 4-3 eller ha totalt netto energibehov mindre enn energirammer angitt i 4-4. Minstekrav i 4-5 skal oppfylles enten 4-3 eller 4-4 legges til grunn. For boligbygning og fritidsbolig med laftede yttervegger gjelder likevel kun 4-5 annet ledd og 4-6. (2) For bygninger under 30 m 2 oppvarmet BRA gjelder ikke 4-3 til 4-8 med unntak av 4-5 første og annet ledd. (3) For bygning som ut fra forutsatt bruk skal holde lav innetemperatur, gjelder ikke dette kapittel dersom det er tilrettelagt slik at energibehovet holdes på et forsvarlig nivå. MAJ 203 SIDE 3

4 Grunnlag fra forskrifter: 4-3. Energitiltak () Bygning skal ha følgende energikvaliteter: Transmisjonsvarmetap: Andel vindus- og dørareal 20 % av oppvarmet BRA U-verdi yttervegg 0,8 W/(m 2 K) U-verdi tak 0,3 W/(m 2 K) U-verdi gulv 0,5 W/(m 2 K) U-verdi glass/vindu/dør inkludert karm/ramme,2 W/(m 2 K) Normalisert kuldebroverdi, der m 2 angis i oppvarmet BRA: småhus 0,03 W/(m 2 K) øvrige bygninger 0,06 W/(m 2 K). Infiltrasjons- og ventilasjonsvarmetap: Lekkasjetall ved 50 Pa trykkforskjell: småhus 2,5 luftvekslinger pr. time øvrige bygninger,5 luftvekslinger pr. time. MAJ 203 SIDE 4

5 Grunnlag fra forskrifter: 2. Årsgjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad for varmegjenvinner i ventilasjonsanlegg: boligbygning, samt arealer der varmegjenvinning medfører risiko for spredning av forurensning/smitte 70 % øvrige bygninger og arealer 80 %. Øvrige tiltak: Spesifikk vifteeffekt i ventilasjonsanlegg (SFP): boligbygning 2,5 kw/(m 3 /s) øvrige bygninger 2,0 kw/(m 3 /s) Mulighet for natt- og helgesenking av innetemperatur Tiltak som eliminerer bygningens behov for lokal kjøling. (2) For boligbygning kan energitiltak i bokstav a og b fravikes (transmisjonsvarmetap og infiltrasjons og ventilasjonsvarmetap), forutsatt at bygningens varmetapstall ikke øker. For andre bygninger enn boliger er det KUN tillatt med omfordeling mellom tiltak knyttet til transmisjonsvarmetap. MAJ 203 SIDE 5

6 Grunnlag fra forskrifter: 4-4 Energirammer Bygningskategori Totalt netto energibehov (kwh/m 2 oppvarmet BRA pr. år) Småhus, samt fritidsbolig over 50 m 2 oppvarmet BRA Boligblokk 5 Barnehage 40 Kontorbygning 50 Skolebygning 20 Universitet/høyskole 60 Sykehus 300 (335) Sykehjem 25 (250) Hotell 220 Idrettsbygning 70 Forretningsbygning 20 Kulturbygning 65 Lett industri/verksteder 75 (90) MAJ 203 SIDE /m 2 oppvarmet BRA

7 Grunnlag fra forskrifter: 4-5. Minstekrav U-verdi yttervegg [W/(m2 K)] U-verdi tak [W/(m2 K)] U-verdi gulv på grunn og mot det fri [W/(m2 K)] U-verdi vindu og dør, inkludert karm/ramme [W/(m2 K)] 0,22 0,8 0,8,6 3,0 Lekkasjetall ved 50 Pa trykkforskjell (luftveksling pr. time) MAJ 203 SIDE 7

8 Grunnlag fra forskrifter: U-verdi yttervegg [W/(m2 K)] U-verdi for glass/vindu/dør inkludert karm/ramme multiplisert med andel vindus- og dørareal av bygningens oppvarmede BRA skal være mindre enn 0,24. Dvs. hvis U vindu =,2 W/m² K og vindusareal er 20% av oppvarmet BRA blir denne verdien :,2 x 0,20 = 0,24 U-verdi tak [W/(m2 K)] U-verdi gulv på grunn og mot det fri [W/(m2 K)] U-verdi vindu og dør, inkludert karm/ramme [W/(m2 K)] 0,22 0,8 0,8,6 3,0 Lekkasjetall ved 50 Pa trykkforskjell (luftveksling pr. time) MAJ 203 SIDE 8

9 Grunnlag fra forskrifter: Total solfaktor for glass/vindu (g t) skal være mindre enn 0,5 på solbelastet fasade, med mindre det kan dokumenteres at bygningen ikke har kjølebehov. (Gjelder ikke småhus) Total solfaktor for glass/vindu (g t ) angir andelen av solstrålingen som slipper gjennom både solskjerming og glass. Solbelastet fasade er fasader orientert mellom nord-øst (45 ) og nord-vest (35 ). Kravet kan fravikes i tilfeller der naturlig permanent skjerming fra horisont, vegetasjon, nærliggende bygg, bygningsmessig utforming e.l. gir samme solavskjerming som kunstig solskjerming. Naturlig skjerming kan også benyttes i kombinasjon med kunstig solskjerming. Det må dokumenteres at naturlig avskjerming, enten alene eller i kombinasjon med kunstig avskjerming, gir samme effekt som total solfaktor for glass/vindu (g t ) mindre enn 0,5 både ved dimensjonerende sommerforhold og som gjennomsnitt utenom fyringssesongen. MAJ 203 SIDE 9

10 Hvilke luftmengder er nødvendige? Hva betyr varmegjenvinneren. Hvis vi bygger bygninger i følge disse reglene, hva blir nødvendige luftmengder? Og hvordan blir energifordelingen (energibudsjettet) seende ut? Hvor mye betyr varmegjenvinneren reelt sett i dette regnestykket? Hvor mye betyr varmegjenvinneren i forbindelse med dokumentasjonen mot byggeforskrifter (NS 303)? MAJ 203 SIDE 0

11 Eksempelbygget Enkelt kontorbygg: 4 etasjer 25 m x 0 m = 250 m² i grunnflate Oppvarmet grunnflate: 000 m² 0 vinduer (800 x 200 mm) mot sør og nord 4 vinduer (800x 200 mm) mot øst og vest «Energitiltaksverdier» i alle deler av klimaskjermen. Utvendige automatiske persienner Belysning 8 W/m² Teknisk utstyr : W/m² Personbelastning: 4 W/m² MAJ 203 SIDE

12 Eksempelbygget - Luftmengder Driftstid: 06:00 til 8:00 alle hverdager. Maks. luftmengde i driftstiden: 0 m 3 /m²t (Totalt for bygningen m 3 /t) Min. luftmengde i driftstiden: 7 m 3 /m²t Luftmengder utenfor driftstiden og i helger: 3 m 3 /m²t SFP- faktor for vifter : 2,0 kw/m 3 /s Behovsstyrt ventilasjon med grunnlag i romtemperatur. MAJ 203 SIDE 2

13 Temperaturforløp på en sommerdimensjonerende dag: Jevn tilluftstemperatur på 7 C Lufttemperatur og operativ temperatur under 24 C i driftstiden. Temp. [ C] Temperaturer Tid [h] Utetemperatur 2 Lufttemperatur i sone 3 Operativtemperatur i sone 4 Tilluftstemperatur VAV ventilasjon (ventilasjon) MAJ 203 SIDE 3

14 CO2 Lav CO2 [PPM] CO2 konsentrasjon CO2 konsentrasjon inneluft 2 CO2 konsentrasjon uteluft Tid [h] MAJ 203 SIDE 4

15 Tilluftmengde i løpet av dagen. [m³/h] Tilluft Tid [h] Infiltrasjon 2 Tilluft fra VAV ventilasjon (VAV-Ventilasjon) MAJ 203 SIDE 5

16 Cellekontor i «Eksempelbygget» - automatiske utv. persienner Gulvareal 0 m² Fasade mot sør uten vegetasjon/bygninger rundt. Ett vindu BxH = 800 x 200 mm Vinduet U-verdi (totalt):,2 W/m²K Lyse automatiske utvendige persienner. Maks. luftmengde: 0 m 3 /m²t (00 m 3 /t) Nattdift av ventilasjonanlegget. Internlaster: Lys: 8 W/m ² (Med LED ned mot 4 W/m²) ( 80 W) Teknisk utstyr: 20 W/m² (200 W) (Godt over det som normalt opptrer) person konstant i 2 timer (80 W) MAJ 203 SIDE 6

17 CellekCellekontor i «Eksempelbygget» - automatiske utv. persiennerontor i «Eksempelbygget» Temp. [ C] Temperaturer Tid [h] Utetemperatur 2 Lufttemperatur i sone 3 Operativtemperatur i sone 4 Tilluftstemperatur Ventilasjon (ventilasjon) Ikke kjølemaskindrift mellom 8:00 og 06:00 Konstant tillufttemperatur 7 C Operativ temperatur stanser på ca. 25 C MAJ 203 SIDE 7

18 Cellekontor i «Eksempelbygget»: Varmetilskudd og tilluftmengde [W] Varmetilskudd/kjøling Tid [h] Internlaster 2 Oppvarming 3 Varmebatteri 4 Kjøling 5 Kjølebatteri 6 Solstråling 5 [m³/h] Tilluft Tid [h] Infiltrasjon 2 Tilluft fra Ventilasjon (VAV-Ventilasjon) MAJ 203 SIDE 8

19 Cellekontor i «Eksempelbygget» - innvendige persienner 2 lags rute med solreflekterende glass. Gulvareal 0 m² Fasade mot sør uten vegetasjon/bygninger rundt. Ett vindu BxH = 800 x 200 mm Vinduet U-verdi (totalt):,2 W/m²K Lyse innvendige persienner 2 lags rute med solreflekterende glass utvendige persienner. Maks. luftmengde: 6 m 3 /m²t (00 m 3 /t) Nattdift av ventilasjonanlegget. Internlaster: Lys: 8 W/m ² (Med LED ned mot 4 W/m²) ( 80 W) Teknisk utstyr: 20 W/m² (200 W) (Godt over det som normalt opptrer) person konstant i 2 timer (80 W) MAJ 203 SIDE 9

20 Cellekontor i «Eksempelbygget» - innvendige persienner 2 lags rute med solreflekterende glass. Temp. [ C] Temperaturer Tid [h] Utetemperatur 2 Lufttemperatur i sone 3 Operativtemperatur i sone 4 Tilluftstemperatur Ventilasjon (ventilasjon) Ikke kjølemaskindrift mellom 8:00 og 06:00 Konstant tillufttemperatur 7 C Operativ temperatur stanser på ca. 25 C MAJ 203 SIDE 20

21 Cellekontor i «Eksempelbygget» - innvendige persienner 2 lags rute med solreflekterende glass. [W] Varmetilskudd/kjøling Tid [h] Internlaster 2 Oppvarming 3 Varmebatteri 4 Kjøling 5 Kjølebatteri 6 Solstråling [m³/h] Tilluft Tid [h] Infiltrasjon 2 Tilluft fra Ventilasjon (VAV-Ventilasjon) MAJ 203 SIDE 2

22 Sammendrag: «Fornuftig» vindusareal Effektiv automatisk utvendig solavskjerming Reell effektavgivelse fra teknisk utstyr LED-belysning Reell vurdering av samtidighet Behovvstyrt ventilasjonsanlegg med 0 m 3 /m²t som maksimalluftmengde i cellekontorer. MAJ 203 SIDE 22

23 Varmegjenvinnerens virkningsgrader Fokus på virkningsgrader. Begrepsforvirringer!! Jukses det med virkningsgrader? Hvor mye betyr en hevning av «Estimert årsgjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad korrigert pga frostsikring» (NS 303) fra 80% til 85%? Hva betyr resusert SFP i den totale sammenhengen?. Mot «Evaluering mot forskrifter i samsvar med NS 303» 2. Reelt sett. MAJ 203 SIDE 23

24 Hva sier NS 303 om virkningsgrader? NS 303 tabell H. Typiske verdier for frostsikringstemperaturen avhengig av type varmegjenvinner. Type gjenvinner og frostsikring Regenerativ (roterende varmegjnvinner eller kammergjenvinner), alle bygninger - 0 C Rekuperativ (plategjenvinner o.l.) i andre bygninger enn boliger (lavere fukttilskudd + 0 C enn boliger) Rekuperativ (plategjenvinner o.l.) i boliger med optimal (økonomisk) frostsikring + 5 C Rekuperativ (plategjenvinner o.l.) i boliger med normal (konservativ) frostsikring + 9 C NS 303 Tabell H.2 Estimert årsgjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad pga. frostsikring, avhengig av varmegjenvinnerens temperaturvirkningsgrad og frostsikringstemperaturen. Temperaturvirkningsgrad Frostsikringstemperatur - 0 C 0 C 5 C 9 C 85 % 85 % 84% 72 % 57 % 80% 80 % 80% 7 % 56 % 75 % 75 % 75 % 69 % 56 % 70 % 70 % 70 % 67 % 55 % 65 % 65 % 65 % 64 % 54 % 60 % 60 % 60 % 60 % 52 % 55 % 55 % 55 % 55 % 5 % MAJ 203 SIDE 24

25 Beregning mot forskrifter (Forutsetter 20 C romtemp.) Samme «testbygg» som foran. Estimert årsgjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad pga. frostsikring 80 % Tillufttemp vinter 9 C Tillufttemp.:sommer 7 C Beskrivelse a Beregnet energibehov romoppvarming Energiramme ( 4-4, samlet netto energibehov) b Beregnet energibehov ventilasjonsvarme (varmebatterier) Verdi 8,7 kwh/m² 8,2 kwh/m² 2 Beregnet energibehov varmtvann (tappevann) 5,0 kwh/m² 3a Beregnet energibehov vifter 3b Beregnet energibehov pumper 2,7 kwh/m²,9 kwh/m² 4 Beregnet energibehov belysning 25, kwh/m² 5 Beregnet energibehov teknisk utstyr 34,5 kwh/m² 6a Beregnet energibehov romkjøling 6b Beregnet energibehov ventilasjonskjøling (kjølebatterier) Totalt beregnet energibehov, sum -6 Forskriftskrav netto energibehov 0,0 kwh/m² 9,3 kwh/m² 25,3 kwh/m² 50,0 kwh/m² MAJ 203 SIDE 25

26 Beregning mot forskrifter (Forutsetter 20 C romtemp.) Samme «testbygg» som foran. Estimert årsgjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad pga. frostsikring 85 % Tillufttemp vinter 9 C Tillufttemp.:sommer 7 C Beskrivelse a Beregnet energibehov romoppvarming Energiramme ( 4-4, samlet netto energibehov) b Beregnet energibehov ventilasjonsvarme (varmebatterier) Verdi 8,7 kwh/m²,3 kwh/m² 2 Beregnet energibehov varmtvann (tappevann) 5,0 kwh/m² 3a Beregnet energibehov vifter 3b Beregnet energibehov pumper 2,7 kwh/m²,8 kwh/m² 4 Beregnet energibehov belysning 25, kwh/m² 5 Beregnet energibehov teknisk utstyr 34,5 kwh/m² 6a Beregnet energibehov romkjøling 6b Beregnet energibehov ventilasjonskjøling (kjølebatterier) Totalt beregnet energibehov, sum -6 Forskriftskrav netto energibehov 0,0 kwh/m² 9,3 kwh/m² 8,3 kwh/m² 50,0 kwh/m² MAJ 203 SIDE 26

27 Årssimulering («reelt» forbruk) Samme «testbygg» som foran. Estimert årsgjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad pga. frostsikring 80 % Romluftstemperatur 23 C Tillufttemp vinter 9 C Tillufttemp.:sommer 7 C Energibudsjett Energipost Energibehov Spesifikt energibehov a Romoppvarming kwh 43,4 kwh/m² b Ventilasjonsvarme (varmebatterier) 467 kwh 4,2 kwh/m² 2 Varmtvann (tappevann) 50 kwh 5,0 kwh/m² 3a Vifter 5822 kwh 5,8 kwh/m² 3b Pumper 792 kwh,8 kwh/m² 4 Belysning kwh 30,7 kwh/m² 5 Teknisk utstyr 5360 kwh 5,4 kwh/m² 6a Romkjøling 0 kwh 0,0 kwh/m² 6b Ventilasjonskjøling (kjølebatterier) 525 kwh,5 kwh/m² Totalt netto energibehov, sum kwh 63,8 kwh/m² MAJ 203 SIDE 27

28 Årssimulering («reelt» forbruk ) Samme «testbygg» som foran. Estimert årsgjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad pga. frostsikring 85 % Romluftstemperatur 23 C Tillufttemp vinter 9 C Tillufttemp.:sommer 7 C Energibudsjett Energipost Energibehov Spesifikt energibehov a Romoppvarming kwh 43,4 kwh/m² b Ventilasjonsvarme (varmebatterier) 775 kwh 0,8 kwh/m² 2 Varmtvann (tappevann) 50 kwh 5,0 kwh/m² 3a Vifter 5822 kwh 5,8 kwh/m² 3b Pumper 780 kwh,8 kwh/m² 4 Belysning kwh 30,7 kwh/m² 5 Teknisk utstyr 5360 kwh 5,4 kwh/m² 6a Romkjøling 0 kwh 0,0 kwh/m² 6b Ventilasjonskjøling (kjølebatterier) 525 kwh,5 kwh/m² Totalt netto energibehov, sum kwh 60,3 kwh/m² MAJ 203 SIDE 28

29 Fordeling av energiforbruk i bygningen. SFP 2,0 ɳ =80% 3b Pumper, % b Ventilasjonsvarme 2,5 % Tappevann 3, % Vifter 9,7 % Årlig energibudsjett a Romoppvarming 26,5 % Ettervarmebehovet til ventilasjon utgjør med 80 % gjenvinning!!! 2,5 % av bygget totale energiforbruk Energiforbruk til vifter utgjør 9,7 % av byggets totale energiforbruk. (SFP 2,0) 4 Belysning 8,7 % 6b Ventilasjonskjøling 7,0 % 5 Teknisk utstyr 3,4 % a Romoppvarming kwh b Ventilasjonsvarme (varmebatterier) 467 kwh 2 Varmtvann (tappevann) 50 kwh 3a Vifter 5822 kwh 3b Pumper 792 kwh 4 Belysning kwh 5 Teknisk utstyr 5360 kwh 6a Romkjøling 0 kwh 6b Ventilasjonskjøling (kjølebatterier) 525 kwh Totalt netto energibehov, sum kwh MAJ 203 SIDE 29

30 Fordeling av energiforbruk i bygningen. SFP 2,0 ɳ =85% 3b Pumper, % 4 Belysning 9, % b Ventilasjonsvarme 0,5 % Tappevann 3, % Vifter 9,9 % Årlig energibudsjett 5 Teknisk utstyr 32,0 % a Romoppvarming 27, % 6b Ventilasjonskjøling 7,2 % a Romoppvarming kwh b Ventilasjonsvarme (varmebatterier) 775 kwh 2 Varmtvann (tappevann) 50 kwh 3a Vifter 5822 kwh 3b Pumper 780 kwh 4 Belysning kwh 5 Teknisk utstyr 5360 kwh 6a Romkjøling 0 kwh 6b Ventilasjonskjøling (kjølebatterier) 525 kwh Totalt netto energibehov, sum kwh Årssimulering viser en reduksjon i årlig «reelt» energiforbruk til ettervarming av ventilasjonsluft på 3,4 kwh/m²år. (3392 kwh) Ettervarmebehovet til ventilasjon utgjør med 85 % gjenvinning!!! 0,5 % av bygget totale energiforbruk Energiforbruk til vifter utgjør 9,9 % av byggets totale energiforbruk. (SFP 2,0) MAJ 203 SIDE 30

31 Fordeling av energiforbruk i bygningen. SFP,5 ɳ =85% b Ventilasjonsvarme 0,6 % Tappevann 3,2 % Vifter 7,6 % 3b Pumper, % Årlig energibudsjett a Romoppvarming 27,8 % Energiforbruk til vifter utgjør 7,7 % av byggets totale energiforbruk. (SFP 2,0) Reduksjon (3950 kwh) 4 Belysning 9,7 % 6b Ventilasjonskjøling 7, % 5 Teknisk utstyr 32,9 % a Romoppvarming kwh b Ventilasjonsvarme (varmebatterier) 872 kwh 2 Varmtvann (tappevann) 50 kwh 3a Vifter 870 kwh 3b Pumper 78 kwh 4 Belysning kwh 5 Teknisk utstyr 5360 kwh 6a Romkjøling 0 kwh 6b Ventilasjonskjøling (kjølebatterier) 086 kwh Totalt netto energibehov, sum kwh MAJ 203 SIDE 3

32 Sammendrag Tiltakene i ventilasjonsanleggene vil reelt sett ikke utgjøre mye i forhold til andre forbruk i bygningen. Så lenge økt varmegjenvinningsgrad ikke øker SFP vil det være lønnsomt, om enn marginalt. (Kostnadsøkningen??) kwh spart ved redusert SFP er mer verdifullt enn kwh spart i varmegjenvinner. (Elkraft Fornybar kraft) Mest å spare ved å legge energisparetiltakene i klimaskjermen. Mye å spare på å være nøktern og gjøre reelle vurdering av behov når funksjonsbeskrivelse lages. Mye å spare på å la dimensjonerende innetemperatur være 25 C eller 26 C i stedet for 24 C Behovsstyrte ventilasjonsanlegg vil senke energiforbruket til drift av vifter dramatisk. MAJ 203 SIDE 32