Fremtidens bygninger - et svar på klimautfordringene?

Fremtidens bygninger - et svar på klimautfordringene? Professor Anne Grete Hestnes Fakultet for arkitektur og billedkunst, NTNU Faglig leder, ZEB Innhold Nullutslippsbygg -hvorfor -hva -hvordan Arkitektoniske konsekvenser Konklusjoner

Hvorfor: Hundreds gather to protest global warming Hvorfor: Halvering av utslippet av CO 2 i 2050 GtCO 2 pr år GtCO 2 per year KYOTO BÆREKRAFTIG 2050 2100 Kilde: Jørgen Randers, Lavutslippsutvalget

Drift av bygg står for 40 % av verdens globale klimautslipp Bygg står for 12 % av verdens vannforbruk 40 % av verdens avfallproduksjon skjer i vår industri Bygg og anlegg forbruker 1/3 av verdens materialressurser Fremtidens bygninger = nulllutslippsbygg Hvorfor: Bygninger forårsaker ca 40 % av alle klimagassutslipp (i et globalt og europeisk perspektiv). FNs klimapanel viser til at klimatiltak i byggsektoren er de mest lønnsomme (sammenlignet med de andre viktige sektorene).

Klimagassutslipp i byggsektoren - globalt Globalt representerer bygninger sektoren med størst potensial for klimagassreduksjoner, til lavest pris. Figuren viser økonomisk potensial for årlige reduksjoner under 100 US$ per tonn CO 2 -ekv. Kilde: IPCC: 2007. Mitigation of Climate Change Hvor er det lønnsomt å ta kuttene? Kostnader ved ulike klimatiltak i Europa, 2020. Kilde: McKinsey (2008) 8

Hvor er vi: State-of-the-art - ny bolig Passivhus Løvåshagen Beregnet behov for levert/kjøpt energi: 65 kwh/m2år (ca 50 % av boliger bygget etter TEK07). State-of-the-art - rehabilitering av boliger Husby terrasse, Stjørdal 110 leiligheter rehabilitert til lavenergi-standard i 2004 2005. Energibehov før/etter: 265/150 Wh/m 2 år Enebolig i Orkanger Rehabilitert til lavenergi-standard Energibehov før/etter: 270/130 kwh/m 2 år (levert energi). Kilde: Arkideco Kilde: SINTEF Byggforsk

State-of-the-art - nye næringsbygg Sparebank 1, Midt-Norge, Trondheim. Beregnet levert energi: ~ 102 kwh/m 2 år. Ferdigstilles i 2010. Illustrasjon: Agraff.AS Prof. Brocks gate 2, Trondheim. Beregnet levert energi: ~ 94 kwh/m 2 år. Ferdigstilt 2009. Illustrasjon: PKA Arkitekter Hvor går vi? Klimaforliket på Stortinget i februar 2008 : Det skal vurderes å innføre passivhusstandard for nybygg i 2020. Lavenergiutvalgets rapport, august 2009: Anbefalt forhåndsannonsert trinnvis skjerping. Skjematisk framstilling av hvordan man trinnvis kan skjerpe energikravene fra TEK08-nivå til nullenerginivå i 2027. Kilde: Lavenergiutvalgets rapport, 2009

Klimagassutslipp fra norske bygg Energibruken i den norske byggsektoren utgjør omlag 80 TWh per år. Av denne energibruken er ca 80 % basert på elektrisitet. Klimagassutslippene knyttet til elektrisitetsproduksjon i Norge er svært lave, noe som tilskrives at tilnærmet hele produksjonen er vannkraftbasert. Klimaeffekten av frigjort elektrisitet ved energieffektivisering skiller seg ikke fra effekten av å erstatte elektrisitetsforbruk med eksempelvis biobrensler, eller effekten av ny elektrisitet ved produksjon av vindkraft. Ny elektrisitet fra gasskraftverk med CO 2 -behandling (rensing, lagring), gir økte klimagassutslipp innenlands. Klimagassutslipp fra norske bygg Potensial for reduksjon av nasjonale klimagassutslipp ved betydelig energieffektivisering mot 2020: Effekt av energieffektivisering Fordeling av sparepotensial (12,2 TWh) Reduserte CO 2 utslipp per år i 2020 Elektrifisering av personbilparken 1 TWh 1,2 millioner tonn Elektrifisering av offhore virksomheten 5,4 TWh 3,2 millioner tonn Utfasing av oljefyring 5 TWh 1,3 millioner tonn Mindre behov for fjernvarme 0,8 TWh 0,2 millioner tonn Sum 12,2 TWh 6 millioner tonn

Nullutslippsbygg på vei inn i nasjonale krav/målsetninger Revisjon av EUs Bygningsenergidirektiv (forslag): Krav om å utvikle et veikart fra dagens situasjon mot nullutslippsbygninger Kilde figur: Karsten Voss, Wuppertal University. 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.

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. En verden hvor bygninger ikke bidrar med klimagassutslipp ZEB 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

Redusert energibruk + energiproduksjon Men svaret bør i de fleste tilfeller være lokal produksjon på eller i nærheten av bygget. ENERGILEVERANSE SMÅHUS 200 175 Elektrisk Termisk 150 kwh/m 2 år 125 100 75 50 25 0 Solcelle (PVC) Solfanger (termisk) CHP -25-50 Dagens TEK 07 Lavenergi Passivhus 0-energi E-prod.hus Kilde: Tore Wigenstad, SINTEF Preikestolhytta Arkitekt: Helen og Hard Kilde: Ecobox 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

Første skritt redusert behov Dvs. minst lavenergi og passivhus Kilde: Eli Støa, NTNU Kilde: Michael Klinski, SINTEF Passivhus - Løvåshagen Prosjektet har vist at ved å legge ressursene og omtanken på rett sted, og ved å ta de rette grepene, er det mulig å bygge fremtidsrettede boliger til om lag samme pris som dagens boliger. Sitat arkitekten (Jan Haaland)

Neste skritt energiproduksjon (fornybar energi) Miljøbelastning ved bruk av ulike energikilder: UTSLIPP [CO 2 ] FRA ULIKE ENERGIKILDER 400 Gram CO2 pr. levert kwh energi 350 300 250 200 150 100 50 0 Sol Bio Elektrisitet, vannkraft Fjernvarme Varmepumpe, LNG Gass (landssnitt) el fra gass direkte bruk uten CO2 fangst Fyringsolje, Elektrisitet, via propan etc. gasskraft uten CO2 fangst Kilde: Tore Wigenstad, SINTEF Solenergi - Termiske solfangere

Solenergi - Solceller 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

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) Klimagassutslipp fra produksjon av materialer og bygg må 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

Levetid og klimabelastning Klimabelastning per m 2 for alternative veggkonstruksjoner med U-verdi = 0,20 W/m 2 K Stor forskjell mellom ulike materialtyper! Kilde: A.S.Nordby, NTNU Eksempel på klimagassregnskap CO2-utslipp (kg CO2-ekv) fra materialer og energibruk til drift CO 2 -utslipp (kg CO 2 -ekv) fra materialer og energibruk til drift Energibruk til drift, 60 år Grunn og fundamenter Bæresystem Yttervegger Innervegger Dekker Yttertak Trapper, balkonger

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 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

Så hva med grønne tak? På pluss-siden: Vegetasjon på tak som erstatning for hager og parker Vegetasjon på tak som karbonlager 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! 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.

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

Arkitektoniske konsekvenser Alternativ til fasader kan være overdekninger over atrier, uteplasser,... Gemeindezentrum Ludes, Østerrike Arkitekt: Herman Kaufmann - og parkeringsplasser! Kilde: Klaudia Farkas, NTNU Større installasjoner Bebyggelsen som kraftverk? Central train station, 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

Nullutslippsbygg ikke så mange eksempler AT NO CA USA UK J DE UK NL CH DE India 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

Nullutslipp kontorbygning National Renewable Energy Lab Research Support Facilities (RSF) Kilde: RNL Design/ Shanti Pless, NREL architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg Nullutslipp boliger Solar Settlement Freiburg, Germany Freiburg et flott eksempel på god planlegging: - bygninger - transport - avfall - - Arkitekt: Rolf Disch Kilde: Karsten Voss architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

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. Kilde: Tor Helge Dokka Hva må gjøres: Og, vi må se på sammenhengen mellom bygninger og transport. Kilde: Statsbygg

Elektrifisering av bilparken: Redusert CO 2 -utslipp (globalt) Redusert forurensing (lokalt) Redusert støynivå (lokalt) Og som en ekstra bonus: Bedre muligheter for bruk av passive tiltak i bygningene (naturlig ventilasjon, vinduslufting, m.m.) Hva med bilen som både energikonsument og energiprodusent? Nullutslipp og arkitektur hva må til? Vi arkitekter kan ikke tillate oss å si at we are in it for the beauty! Høye krav til både: - miljøvennlighet - brukbarhet (funksjon, komfort, ) - arkitektonisk uttrykk -.. Derfor: - Ta et helhetlig grep ( top down i stedet for bottom up ) - Samarbeid ( integrerte prosjekteringsprosesser ) - Begynn med behov og veldefinerte mål (ikke med potensielle løsninger eller interessante teknologier)

Framtidig fokus Prosjekterings- og planleggingsstrategier (i stedet for utvikling av bestemte løsninger) Helhet, kretsløp, sammenhenger - mellom bebyggelse, transport, og industri - mellom bygning, system, og bruker Totalt energibehov (både elektrisitet og varme/kulde) Miljø (CO 2 utslipp) 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 Takk for oppmerksomheten!