Skog og tre 2011 Sesjon: Tre for fremtiden trebyggeri i klimasammenheng Hvordan energieffektive løsninger Forskningssenter for miljøvennlig energi Zero Emission Buildings Terje Jacobsen SINTEF Byggforsk FME Zero Emission Buildings Presentasjonen er basert på underlag fra ZEB-teamet
Zero Emission Buildings (ZEB) 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.
Zero Emission Buildings (ZEB) ZEBs hovedmål: 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. En verden hvor bygninger ikke bidrar med klimagassutslipp 0 ZEB
Hvorfor ZEB? Bygninger forårsaker i et globalt og europeisk perspektiv ca 40 % av alle klimagassutslipp. FNs klimapanel viser at klimatiltak i byggsektoren er mest lønnsomt (sammenlignet med de viktigste sektorene). Kostnader for forskjellige tiltak for reduksjon av klimagassutslipp i Europa i 2020. Kilde: : McKinsey (2008)
Annually energy demand/production: kwh/m2 ZEB-utfordringen Energy standard, single family houses in Norway 250 Kompensere klimagassutslipp fra produksjon av materialer og bygg ved å produsere mer energi enn bygget behøver til drift. 200 150 100 50 0-50 -100 Today's average standard Buildings code, 2007 Passive house standard Net zero energy Plus energy Energy demand Energy production Kilde: SINTEF Byggforsk
ZEB et landslag: Forskning og undervisning innefor material-, bygnings- og energiteknologi, arkitektur og samfunnsvitenskap Produsenter av bygningsmaterialer og bygningsprodukter Entreprenører, rådgivende ingeniører, arkitekter Bransjeorganisasjoner Eiendomsforvaltere og brukere Offentlig forvaltning NTNU SINTEF SINTEF Energiforskning Skanska Weber Isola Glava Protan Hydro Aluminium YIT DuPont Multiconsult Brødrene Dahl Snøhetta ByBo Forsvarsbygg Statsbygg Husbanken Byggenæringens landsforening Norsk Teknologi Statens Byggetekniske Etat Nordan
Andre samarbeidspartnere i ZEB Internasjonale samarbeidspartnere: VTT (Finland) Chalmers (Sverige) Fraunhofer (Tyskland) TNO (Nederland) LBL (USA) MIT (USA) University of Strathclyde (Skotland) Tsinghua University (Kina) Referansegruppe fra byggenæringen: Lavenergiprogrammet NBBL NVE Forbrukerrådet EcoBox Driftsforum Enova Arkitektbedriftene
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
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 se på sammenhengen mellom bygninger og transport.
Hvordan oppnå ZEB? Senteret skal fokusere arbeidet innenfor fem store arbeidspakker, som alle avhenger av de andre: WP1: Avanserte materialer WP2: Teknologier for adaptive og energiproduserende klimaskall WP3: Energiforsyning og tekniske installasjoner WP4: Bruk, drift og implementering WP5: Konsepter og strategier for nullutslippsbygg
FoU i ZEB WP1 WP 1: Avanserte materialer Hovedmålsetning: utvikle nye og innovative materialer og løsninger, så vel som videreutvikle kjente teknologier Eksempler: høyisolerende materialer (f.eks. vakuum- og nanoisolasjonmaterialer) materialer for energilagring (f.eks. faseforandringsmaterialer) kontrollerbare materialer (f.eks. elektrokrome belegg/ruter) T = 300 K Air Gas Thermal Conductivity (mw/(mk)) 30 25 20 15 10 0 5 10 15 20 25 30 5 0 10 5 10 4 10 3 Pore Diameter (nm) 10 2 10 1 10 0 10 2103104 10 1 10 0 10-1 10-2 10 5 Pore Pressure (Pa)
FoU i ZEB WP2 WP 2: Teknologier for adaptive og energiproduserende klimaskall Hovedmålsetning: utvikle godt isolerte, adaptive/kontrollerbare og energikonverterende bygningsskall som er robuste i forhold til varierende klimapåkjenning, bygningstekniske krav og brukerbehov. Eksempler på sentrale oppgaver: integrere og tilpasse nye materialer i reelle konstruksjoner (og ved rehabilitering) utvikle robuste byggdetaljer for nye løsninger/konstruksjoner integrere energikonverterende elementer i bygningsskallet laboratorietesting i forhold til varmetekniske egenskaper, bestandighet, fuktproblematikk, klimapåkjenninger
Task 2.1: Optimal termisk ytelse
Example Single family dwelling built according to TEK10
Example Office building built according to TEK10
U-verdi forbedring pga de siste 50 mm med isolasjon
I-profile og 36 mm rektangulære profiler gir samme U-verdier pga høyere termisk konduktivitet til trefiberplata
Vacuum Insulation Panels (VIPs) Extensive research the last 2 years (ROBUST, now ZEB) VIPs in traditional wall constructions (thermal and hygrothermal performance) Aging of VIPs - evaluate thermal performance degradation, the external factors that contribute to degradation and accelerated aging test methods Retrofitting with VIPs
VIPs in traditional wall constructions Practical application of VIPs in slim wood frame wall constructions with low thermal transmittance (Uvalue). Compare thermal performance of walls with: - Standard wooden studs - I-profiled studs - U-profiled studs Compare hot box measurements and numerical simulations
VIPs in traditional wall constructions Hot box measurements
FoU i ZEB WP3 WP 3: Energiforsyning og tekniske installasjoner Hovedmålsetning: utvikle nye og forbedrede produkter og løsninger for energiforsyning og tekniske installasjoner tilpasset ZEB. Eksempler på integrasjon/utvikling av ulike løsninger og teknologier: systemer for utnyttelse av sol (solceller, solfangere og hybride solsystem), bioenergi og vindenergi CHP, CCHP (kombinert varme (kjøling) og kraftproduksjon) varmelagringssystemer varmepumpesystemer hypereffektive systemer for ventilasjon, oppvarming og belysning Kilde: University Wuppertal, School of Architecture, Building Physics and Technical Building Services. Prof. Karsten Voss
FoU i ZEB WP4 WP 4: Bruk, drift og implementering Hovedmålsetning: Ny kunnskap om energibruk, drift og implementering av ZEB som skal sikre at ZEB oppnås. Eksempler på sentrale oppgaver: utvikle ny kunnskap om hvordan energien brukes, og trender frembringe kunnskap om brukbarhet av ulike løsninger for ZEB utvikle brukervennlige styringssystemer frembringe kunnskap om optimal drift av ZEB identifisere sentrale behov for kunnskaps- og kompetanseutvikling i byggsektoren frembringe ny kunnskap om hva som fremmer/hindrer innovasjon i byggsektoren
FoU i ZEB WP5 WP 5: Konsepter og strategier for nullutslippsbygg Hovedmålsetning: Utvikle konkrete konsepter for ZEB, som gradvis blir realisert som pilotbygg i løpet av prosjektets levetid. Eksempler på sentrale oppgaver: definere ZEB utvikle metoder for beregning av klimagassutslipp utvikle konsepter for ZEB for ulike bygningstyper, både nye bygg og rehabilitering. Viktige rammebetingelser er innemiljø, kostnader, bygningsfysikk, arkitektur, m.m. pilotbygging, fra dagens state-of-the-art (passivhus) fram til ZEB
WP ZEB laboratorier Laboratorier for morgendagens løsninger
Materiallaboratorium: FTIR analyse av heterogene aterialer
Evaluering av varmetransport hva er rett U-verdi Dreibar Hot-Box
Klimabelastninger: Dynamisk simulering av ute og inneklima til korttids og langtids belastning (siste vil si akselerert klimaaldring)
Testceller og living lab Voll forsøksstasjon, Trondheim EnergyFlexHouse, Dansk Teknologisk Institut
Pilotbygg er våre fullskala laboratorier og demonstratorier Elevrådsleder Araz Ahmadi (14)nikker Dagbladet 2011-01-28: samtykkende. På den tidligere skolen hans, nedlagte Strømsø skole et steinkast unna, klaget elever ofte på dårlig luft. - Mange fikk vondt i hodet i løpet av skoledagen, og vi måtte alltid åpne masse vinduer - uten at det hjalp noe Marienlyst skole: Norges første passivhusskole særlig. Her er alt mye mer fritt og åpent, det er lettere å puste og konsentrere seg. Det føles som om vi har fått en helt ny start.
Marche-kontorbygg: Zurich 1270 m2 BRA, 50 arbeidsplasser Passivhus+-standard Geobasert VP 485 m2 solceller på taket Går i null over året
Ledelse og kontaktpersoner Senterledelse: Director: Professor Anne Grete Hestnes, NTNU Manager: Seniorforsker Anne Gunnarshaug Lien, SINTEF Byggforsk Arbeidspakkeledere: WP 1 Avanserte materialteknologier: Prof. Arild Gustavsen, NTNU WP 2 Teknologier for adaptive og energiproduserende klimaskall: Forskningsleder Berit Time, SINTEF Byggforsk WP 3 Energiforsyning og styringssystemer: Prof. Vojislav Novakovic, NTNU WP 4 Energieffektiv bruk og drift: Forsker/førsteamanuensis Thomas Berker, NTNU WP 5 Konsepter og strategier for nullutslippsbygg: Seniorforsker Tor Helge Dokka, SINTEF Byggforsk EU-kontakt: Professor Øyvind Aschehoug, NTNU Industrikontakt og laboratorieansvarlig: Forskningsdirektør Terje Jacobsen, SINTEF Byggforsk www.zeb.no
Det finnes kanskje bedre løsninger
There might be better solutions