Nullutslipp er det mulig hva er utfordringene? Arne Førland-Larsen Asplan Viak/GBA

Transkript

1 Nullutslipp er det mulig hva er utfordringene? Arne Førland-Larsen Asplan Viak/GBA

2 Nullutslippsbygg Ingen offisiell definisjon «Null klimagassutslipp knyttet til produksjon, drift og avhending av bygget» (ZEB-definisjon) «Nullutslippsbygg kompenserer klimagassutslipp knyttet til materialer og avhending gjennom å produsere mer energi enn bygget behøver til drift» (ZEB) Transporttiltak og effekter av disse regnes inn av for eksempel FutureBuilt, men er ikke med i GBA-rapporten.

3 GBAs utgangspunkt Det overordnede målet for utbyggeren: Et velfungerende bygg med godt inneklima og fornøyde brukere samt: Lavest mulig klimagassutslipp Lavest mulig kostnad

4 Innhold i rapport NULLUTSLIPPSBYGG BEGREPER OG DEFINISJONER SCENARIER ENERGIBRUK OG KLIMAGASSUTSLIPP SCENARIER ENERGIBRUK OG KLIMAGASSUTSLIPP GENNOMGANG AV SENTRALE TEKNOLOGIER PROSJEKTEKSEMPLER OG DERES KARAKTERISTIKA FRAMTIDIGE RAMMEBETINGELSER VEDLEGG VEILEDENDE BEREGNINGER 1930 Bygg 1990 Bygg TEK 10 Bygg 5

5 Strategi mot nullutslipp Bygningsform og disponering Reduser energibruk ved optimering av form, dagslys mm Bygningsskall Reduser energibruk gjennom optmering av, U- verdi, tetthet mm. Energiforsyning Energiforsyning med lavt klimagasudslip. Materialer Knappe ressurser Lavt klimagasutslip Prosess - integrert (energi) design - ID

6 Veiledende beregninger 1990 Bygg - 10 plan Energibudsjett netto energibruk 53,8 kwh/m² 1a Romoppvarming 54,5 kwh/m² 1b Ventilasjonsvarme (varmebatterier) Bilde hus i ca. 10 plan fra Varmtvann (tappevann) 5 kwh/m² 3a Vifter 35,8 kwh/m² 3b Pumper 7,4 kwh/m² 4 Belysning 25,1 kwh/m² 5 Teknisk utstyr 34,5 kwh/m² 6a Romkjøling 5,4 kwh/m² 6b Ventilasjonskjøling (kjølebatterier) 11,7 kwh/m² Energibruk levert energi som bygget Totalt netto energibehov, sum ,1 kwh/m² Fjernvarme Oppvarming, varmtvann, ventilasjon 128,8 kwh/m² Kjøling Rom- og ventilasjonskjøling 19,4 kwh/m² Elbruk Vifter, pumper, belysning 76,4 kwh/m² Teknisk utstyr 25,1 kwh/m² Samlet uten teknisk utstyr 224,6 kwh/m² Samlet med teknisk utstyr 249,7 kwh/m² Varmetapstall 62 W/m 2 Klimagasutslipp 24,4 kg/m 2 år Forbedring av bygningsskall Tiltak Før Etter U-verdi yttervegger [W/m²K] 0,28 0,14 U-verdi tak [W/m²K] 0,22 0,1 U-verdi gulv [W/m²K] 0,36 0,36 U-verdi vinduer og ytterdører [W/m²K] 1,8 0,8 Normalisert kuldebroverdi [W/m²K]: 0,12 0,03 Lekkasjetall (n50) [1/h]: 2 0,6 Fjernvarme 74,9 kwh/m² Oppvarming, varmtvann, ventilasjon Kjøling 26,8 kwh/m² Rom- og ventilasjonskjøling Elbruk 79,8 kwh/m² Vifter, pumper, belysning 34,5 kwh/m² Teknisk utstyr Samlet uten teknisk utstyr 181,5 kwh/m² Reduksjon 19 % Samlet med teknisk utstyr 215,9 kwh/m² Varmetapstall 43,6 W/m 2 Reduksjon 30 % Klimagasutslipp 18,8 kg/m 2 år Reduksjon 23 % 7

7 Null - Balansering energibruk Energiproduksjon Effektivisering: - Bygg - Teknisks systemer 8

8 Null - Balansering klimagassutslipp Substituert klimagassutslipp ved produksjon Netto null Alternativ 2 Alternativ 1 Som bygget Klimagassutslipp 9

9 Valgte forutsetninger i scenariene Utslippsfaktorer El: 132 g CO2/kWh (ZEB) Bio: 14 g CO2/kWh (ZEB) Fjernvarme:111 g CO2/kWh (Hafslund) Sol: 0 g CO2/kWh (ZEB) Tillater utveksling av egenprodusert el til elnettet Lokal produksjon er regnet som netto produksjon over året. Ikke regnet med utveksling av varme eller kjøling til et eksternt fjernvarmenett,

10 Klimagassutslipp til materialbruk Utslipp fra materialer utgjør så stor betydning at det vil være feil å se bort fra dem pga disse problemstillingene. Utslipp ligger i størrelsesorden : nybygg: kg CO 2 /m 2 år (varierer også med valg av materialtyper) rehabilitering med ny fasade: 2-4 kg CO 2 /m 2 år rehabilitering der fasaden beholdes: 1-2 kg CO 2 /m 2 år

11 Prinsipp for beregning Tomt Bygg Tilført energi El Bio FJV Sol Grunn Energibruk i bygg levert energi Energiproduksjon El (solceller, bio) Termisk energi, varme og kjøling (Bio, VP) Eksportert energi El Systemvirkningsgrader/ effektfaktorer fra NS

12 Termisk energi fra Bio Sterling, -kjel og FJV Virkningsgrad: El 15 % Termisk 60 % ( Virkningsgrad: Termisk 85 % (NS 3031) Fjernvarme Virkningsgrad: Termisk 98 % (NS 3031) 13

13 Termisk energi fra varmepumpe Varmepumpe Energi høy temperatur El Energi lav temperatur COP 5 Utslipp: El EU mix 132 g /kwh (ZEB 50 år) «Varme» ~36 g/ kwh

14 2 Bygninger høy og lav 3 etasjers bygg m 2 BRA 10 etasjers bygg m 2 BRA 15

15 El - Solceller Ytelse solceller Lodret på fasader Øst Syd Vest Tak (optimal orientering) Syd 20 o 70 kwh/m 2 år 100 kwh/m 2 år 70 kwh/m 2 år 150 kwh/m 2 år Netto mulig areal Fasader 80 % Tak (opt. orientering) 60 % Produksjon lav bygning: Produksjon høy bygning: 50 kwh/m 2 år 42 kwh/m 2 år 16

16 Forutsetninger bygningsskall og tekniske systemer Oversikt energikvalitet 3 og 10 plan bygg Bygningsmodel 1930 Bygg 1930 Bygg 1930 bygg 1990 bygg 1990 bygg 1990 bygg Nybygg Nybygg som bygget eks. Fasade litt isol. som bygget ny Fasade eks. fasade TEK 10 Passiv nivå Bygningsskall alt 1 alt 2 alt 1 alt 2 U-verdi yttervegger [W/m²K] 1,00 1,00 0,35 0,28 0,14 0,28 0,17 0,12 U-verdi tak [W/m²K] 1,00 0,10 0,10 0,22 0,10 0,1 0,13 0,1 U-verdi gulv [W/m²K] 0,19 0,19 0,19 0,36 0,36 0,36 0,13 0,13 U-verdi vinduer og ytterdører [W/m²K] 2,80 1,00 1,00 1,80 0,80 0,8 1,2 0,8 Normalisert kuldebroverdi [W/m²K]: 0,15 0,15 0,15 0,12 0,03 0,12 0,09 0,03 Lekkasjetall (n50) [1/h]: 4,00 1,00 1,00 2,00 0,60 0,6 1,5 0,6 Oversikt energikvalitet 3 og 10 plan bygg Bygningsmodel 1930 Bygg 1930 Bygg 1930 bygg 1990 bygg 1990 bygg 1990 bygg Nybygg Nybygg som bygget eks. Fasade litt isol. som bygget ny Fasade eks. fasade TEK 10 Passiv nivå Tekniske systemer alt 1 alt 2 alt 1 alt 2 Temperaturvirkningsgr. varmegjenvinner [%]: 60,0 86,0 86,0 60,0 86,0 86,0 70,0 86,0 Spesifikk vifteeffekt (SFP) [kw/m³/s]: 3,0 1,0 1,0 3,0 1,0 1,0 2,0 1,0 Luftmengde i driftstiden [m³/hm²] 7,0 7,0 7,0 12,0 7,0 7,0 12,0 7,0 Spesifikk pumpeeffekt [kw/(l/s)]: 0,5-0,6 0,3 0,3 0,5-0,6 0,3 0,3 0,5-0,6 0,3 Effektbehov belysning i driftstiden [W/m²] 8,0 5,0 5,0 8,0 5,0 5,0 8,0 3,5 Vannbåren varme nej ja ja ja/nej ja ja ja ja Lokal kjøling nej ja ja ja ja ja ja17 ja COP varmepumpe kjøling 2,4 4,0 4,0 2,4 4,0 4,0 2,4 4,0

17 Bytte yttervegg? TEK 10 Passivhus nivå Termisk energi fra fjernvarmeforsyning 18

18 Bytte yttervegg? Varmepumpe TEK 10 Passivhus nivå Termisk energi fra varmepumpe samlet system effektfaktor 5,5 19

19 Nåverdi økt isolasjon yttervegg Varmepumpe Marginal kostnad isolasjon 300 kr/m 2 for 100 mm ekstra isolasjon 20

20 Eksempel isolasjon yttervegg Eksisterende vegg med 100 mm isolasjon rives og erstattes med ny vegg med 350 isolasjon: - Nåverdi er negativ Eksisterende vegg byttes uansett: Akkumulert nåverdi er positiv til 225 mm isolasjon 21

21 VP - Klimagassutslipp økt isolasjon yttervegg Eksisterende vegg med 100 mm isolasjon rives og erstattes med ny vegg med 350 isolasjon: - «Sparret» klimagassutslipp til ny vegg på 350 mm 0,22 kg/co 2 / m 2 Eksisterende vegg byttes uansett: Akkumulert utslipp er positiv til mm isolasjon 22

22 Dags- og kunstlys Glassprosent på ~ 50% Giver: DF på m. inn i lokalet

23 Dekningsgrad for dagslys DF på 2 50% dekning 300 lux Middel DF Krav i TEK10 Krav i BREEAM

24 Isolasjon reduserer effektbehov

25 Radiator effekt/ turtemperatur 26

26 Optimert bygningsskall gir lavere turtemperatur 27

27 COP varmepumpe 28

28 Samlet oversikt alt. strategier Oversikt 10 plan bygning 1930 Bygg eks. Facade 1930 bygg litt isol ny facade 1990 eks. Facade kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år Energibruk før tiltak El inkl. Pumper, VP 55,7 55,7 76,4 76,4 52,0 Varme 221,6 221,6 128,8 128,8 60,7 Kjøling 8,4 8,4 19,4 19,4 27,2 Samlet uten teknisk utstyr 285,7 285,7 224,6 224,6 139,9 Klimagasutslip 31,9 31,9 24,4 24,4 13,6 Energibruk etter tiltak Forbedring bygningsskall 194,3 21,8 142,9 16,1 181,5 18,8 185,3 19,5 135,2 12,0 Reduksjon 32 % 32 % 50 % 50 % 19 % 23 % 17 % 20 % 3 % 12 % Forbedring bygningsskall+tekn. system 145,3 15,2 100,3 9,7 83,6 6,9 86,4 7,6 72,8 6,0 Reduksjon 17 % 21 % 15 % 20 % 44 % 49 % 44 % 49 % 45 % 44 % Samlet reduksjon 49 % 52 % 65 % 70 % 63 % 72 % 62 % 69 % 48 % 56 % Energibalanser Bygg energisystem el til oppv -121,3 16,0-76,6 10,1-53,7 7,1-59,0 7,8-46,6 6,1 Bygg energisystem, fjv (Hafslund 2012) -131,8 15,2-81,9 9,7-56,1 6,9-62,1 7,6-48,8 6,0 Bygg energisystem, bio energi -146,5 5,5-89,3 4,8-59,4 4,7-66,4 4,7-51,9 3,9 Bygg energisystem, sterling - micro CHP (bio)-131,5 3,1-81,8 3,6-56,0 4,2-62,0 4,0-48,7 3,4 Bygg energisystem, varmepumpe -68,6 7,7-45,8 5,4-36,2 4,5-38,5 4,7-30,2 3,7 Bygg energisystem, bio energi + solceller -104,7 0,0-47,6-0,7-17,7-0,8-24,7-0,8-10,2-1,6 Bygg energisystem, varmepumpe + solceller -26,9 2,2-4,1-0,1 5,5-1,0 3,2-0,8 11,5-1,8 Bygg energisystem, fjernvarme + solceller -90,1 9,7-40,2 4,2-14,3 1,4-20,4 2,1-7,1 0,5 Nybygg 29

29 Oversikt 3 plan bygning 1930 Bygg eks. Fasade 1930 bygg litt isol ny Fasade 1990 eks. fasade kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år Energibruk før tiltak El inkl. Pumper, VP 55,6 55,6 75,7 75,7 51,1 Varme 222,8 222,8 135,8 135,8 61,4 Kjøling 8,4 8,4 18,2 18,2 25,7 Samlet uten teknisk utstyr 286,9 286,9 229,7 229,7 138,1 Klimagasutslip 32,1 32,1 25,1 25,1 13,6 Nybygg Energibruk og utslipp etter tiltak Forbedring bygningsskall 167,0 18,8 138,4 15,6 185,3 19,5 185,7 19,8 132,2 11,9 Reduksjon 42 % 41 % 52 % 51 % 19 % 22 % 19 % 21 % 4 % 12 % Forbedring bygningsskall+tekn. system 118,1 12,2 93,4 9,1 84,4 7,4 86,9 7,9 72,2 6,1 Reduksjon 17 % 20 % 16 % 20 % 44 % 48 % 43 % 47 % 43 % 43 % Samlet reduksjon 59 % 62 % 67 % 72 % 63 % 70 % 62 % 69 % 48 % 55 % Dårligt isolerte bygg gir stor energi reduksjon på rehabilitering av klimaskall 30

30 Oversikt 3 plan bygning 1930 Bygg eks. Fasade 1930 bygg litt isol ny Fasade 1990 eks. fasade kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år Energibruk før tiltak El inkl. Pumper, VP 55,6 55,6 75,7 75,7 51,1 Varme 222,8 222,8 135,8 135,8 61,4 Kjøling 8,4 8,4 18,2 18,2 25,7 Samlet uten teknisk utstyr 286,9 286,9 229,7 229,7 138,1 Klimagasutslip 32,1 32,1 25,1 25,1 13,6 Nybygg Energibruk og utslipp etter tiltak Forbedring bygningsskall 167,0 18,8 138,4 15,6 185,3 19,5 185,7 19,8 132,2 11,9 Reduksjon 42 % 41 % 52 % 51 % 19 % 22 % 19 % 21 % 4 % 12 % Forbedring bygningsskall+tekn. system 118,1 12,2 93,4 9,1 84,4 7,4 86,9 7,9 72,2 6,1 Reduksjon 17 % 20 % 16 % 20 % 44 % 48 % 43 % 47 % 43 % 43 % Samlet reduksjon 59 % 62 % 67 % 72 % 63 % 70 % 62 % 69 % 48 % 55 % Ny bygg har størst potensial på optimering av tekniske systemer 31

31 Oversikt 3 plan bygning 1930 Bygg eks. Fasade 1930 bygg litt isol ny Fasade 1990 eks. fasade kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år Energibruk før tiltak El inkl. Pumper, VP 55,6 55,6 75,7 75,7 51,1 Varme 222,8 222,8 135,8 135,8 61,4 Kjøling 8,4 8,4 18,2 18,2 25,7 Samlet uten teknisk utstyr 286,9 286,9 229,7 229,7 138,1 Klimagasutslip 32,1 32,1 25,1 25,1 13,6 Nybygg Energibruk og utslipp etter tiltak Forbedring bygningsskall 167,0 18,8 138,4 15,6 185,3 19,5 185,7 19,8 132,2 11,9 Reduksjon 42 % 41 % 52 % 51 % 19 % 22 % 19 % 21 % 4 % 12 % Forbedring bygningsskall+tekn. system 118,1 12,2 93,4 9,1 84,4 7,4 86,9 7,9 72,2 6,1 Reduksjon 17 % 20 % 16 % 20 % 44 % 48 % 43 % 47 % 43 % 43 % Samlet reduksjon 59 % 62 % 67 % 72 % 63 % 70 % 62 % 69 % 48 % 55 % Bygg tiltak reduserer klimagassutslipp med 1,7 kg/co 2 m 2 år Ny fasade alene krever 1-4 kg/co 2 m 2 år 32

32 Balansering 3 plans bygg Oversikt 3 plan bygning 1930 Bygg eks. Fasade 1930 bygg litt isol ny Fasade 1990 eks. fasade Nybygg kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år Energibalanser Bygg energisystem el til oppv -96,8 12,8-71,9 9,5-58,0 7,7-61,4 8,1-47,4 6,3 Bygg energisystem, fjv (Hafslund 2012) -104,5 12,2-76,7 9,1-61,0 7,4-64,8 7,9-49,8 6,1 Bygg energisystem, bio energi -115,2 5,0-83,4 4,7-65,2 4,6-69,7 4,7-53,1 3,9 Bygg energisystem, sterling - micro CHP (bio) -104,3 3,3-76,6 3,6-60,9 4,0-64,8 3,9-49,7 3,4 Bygg energisystem, varmepumpe -57,4 6,6-44,0 5,2-38,1 4,6-39,5 4,8-30,5 3,7 Bygg energisystem, bio energi + solceller -65,5-1,5-33,6-1,9-15,4-1,9-19,9-1,9-3,3-2,7 Bygg energisystem, varmepumpe + solceller -7,6 0,0 5,8-1,4 11,7-1,9 10,2-1,8 19,2-2,8 Bygg energisystem, fjernvarme + solceller -54,7 5,6-26,9 2,6-11,2 0,9-15,1 1,3 0,0-0,5 Balansering energibruk mulig for: Bygg energisystem varmepumpe + solceller Bygg energisystem fjernvarme + solceller 33

33 Balansering 3 plans bygg Oversikt 3 plan bygning 1930 Bygg eks. Fasade 1930 bygg litt isol ny Fasade 1990 eks. fasade Energibalanser Balansering klimagassutslipp mulig for: Bygg energisystem bioekjel + solceller Bygg energisystem varmepumpe + solceller Bygg energisystem fjernvarme + solceller kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år kwh/m² år kg/m 2 år Bygg energisystem el til oppv -96,8 12,8-71,9 9,5-58,0 7,7-61,4 8,1-47,4 6,3 Bygg energisystem, fjv (Hafslund 2012) -104,5 12,2-76,7 9,1-61,0 7,4-64,8 7,9-49,8 6,1 Bygg energisystem, bio energi -115,2 5,0-83,4 4,7-65,2 4,6-69,7 4,7-53,1 3,9 Bygg energisystem, sterling - micro CHP (bio) -104,3 3,3-76,6 3,6-60,9 4,0-64,8 3,9-49,7 3,4 Bygg energisystem, varmepumpe -57,4 6,6-44,0 5,2-38,1 4,6-39,5 4,8-30,5 3,7 Bygg energisystem, bio energi + solceller -65,5-1,5-33,6-1,9-15,4-1,9-19,9-1,9-3,3-2,7 Bygg energisystem, varmepumpe + solceller -7,6 0,0 5,8-1,4 11,7-1,9 10,2-1,8 19,2-2,8 Bygg energisystem, fjernvarme + solceller -54,7 5,6-26,9 2,6-11,2 0,9-15,1 1,3 0,0-0,5 De prosjektene som har lavest samlet klimagassutslipp, er rehabiliteringsprosjekter 34 der fasaden ikke skiftes ut. Nybygg

34 Bygningsskall og form Optimer tetthet Reduser kuldebroer Optimer U-verdier Vindu med på passivhus nivå ++ Tak ++ Gulv mot grunn der er mulig Fasader nogen isolasjon der fasade ikke byttes. Ned til passivhus nivå der fasaden byttes Optimer dagslys 35

35 Effektive tekniske systemer Effektive tekniske systemer er minimumskrav Ventilasjon med effektiv varmegjenvinner Effektive vifter og pumper Belysning med lavt effektforbruk Lavtemperatur oppvarmning Effektivt system for varmt tappevann redusert tap i kurser Reduser «parasitt» strøm 36

36 Energi - balansering Balansering av energibruk er svært vanskelig, men mulig for: Bygg med effektiv varmepumpe kombinert med lavtemperatur oppvarmning + solceller (eller alternativ el produksjon uten for tomten) Balansering av energibruk er kun mulig under optimal beliggenhet og form på bygg Balansering til null krever varmepumpe 37

37 Klimagassutslipp - balansering Både nybygg og rehabiliteringsprosjekter kan bli nullutslippsbygg (i en ren energibetrakting) Balansering av klimagassutslipp er mulig for: Energisystem biokjel + solceller Energisystem varmepumpe + solceller Fjernvarme + solceller for lave bygg og god miks på FJV De prosjektene som har lavest netto klimagassutslipp, er rehabiliteringsprosjekter der fasaden ikke skiftes ut. 38

38 Energiforsyning - balansering Energi fra grunnen eller alternativt overskuddsvarme fra andre funksjoner/ bygg Balansering er enklere for lave bygg Balansering er enklere når bygget ligger uten for tett bebyggelse Lokal produksjon er regnet som netto produksjon over året. Systemgrenser må gi mulighet for utveksling av energi smart grid -el og termisk Fjernvarmeanlegg vil være attraktiv i framtidens nullutslippssamfunn, dersom fjernvarmen: produseres med langt større fornybarandel kan fungere som et distribusjonssystem som sørger for varmebalanse mellom bygg og mellom ulike lokale varme-/kjølesentraler 39