EPO 100 Energifremtider og miljøvisjoner Høsten 2003 Forelesning 17.09.03 Energibruk i bygninger Professor Vojislav Novakovic, Dr.ing. Institutt for energi- og prosessteknikk NTNU Energibruk i bygninger Bygningers funksjon Brukernes behov Bygning Bygget + tekniske installasjoner Konsekvenser av energibruken Innemiljø og utemiljø Behov for energi i bygninger Type og mengde energi Energieffektivitet i bygninger September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 2 Netto innenlands sluttbruk av energi i Norge i år 2001 Totalt: 225 TWh 85,3 TWh = 38% 85,8 TWh = 38% 54 TWh = 24% Husholdninger og tjenesteyting Industri og bergverk Transport Utslipp knyttet til energibruk i bygninger er 2,1 millioner tonn CO 2 ekvivalenter av totalt 42,4 mill tonn CO 2 ekvivalenter September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 3 1
Energikrav endret over tid Beregnet for kontorbygning i Oslo-klima 250 200 209 189 [kwh/m2 år] 150 100 148??? 50 0 Eldre 1987 1997 2007 Isolasjon 10 cm 15 cm 20 cm??? cm September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 4 Stasjonær energibruk i Norge Endring - 1976-96 2 % 1,8 % 1,9 % Bygninger 2 % 1 % 0,7 % 1,0 % 0,7 % Kraftkrevende industri Private husholdninger 1 % 0 % Privat og offentlig tjenestetying Annen industri Andre forbrukere -1 % Totalt -1 % -0,6 % September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 5 Bygningens omfang og energibruk Byggtype Kontor og forretning Total Brutto areal Energibruk (mill. m 2 ) (%) (TWh) 56 49 16 Undervisning 19 17 5 Yrkesbygg Helse og omsorg 8 7 4 Industri 31 27 7* SUM 114 100 32 Boliger Frittstående 141 69 33 eneboliger Rekke- og 40 19 7 kjedehus Boligblokker 25 13 4 SUM 206 100 44 SUM 320 76 September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 6 2
Energibruk i bygningsmassen fordelt over landet Nord-Norge, kyst 6 % 2 % Finnmark og indre Troms 10 % Midt-Norge 82 % Sør-Norge September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 7 Hvorfor bygger vi bygninger? Beskyttelse for mennesker og eiendeler mot vær og vind mot innsyn og forstyrrelse Plass og god funksjon til aktiviteter i boliger - søvn, matlaging, hygiene, hobbyer i arbeidslokaler - sikre og effektive arbeids forhold Hvordan oppfyller bygget sin funksjon? bygningskropp og tekniske installasjoner September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 8 Krav som stilles til bygninger Må sørge for et komfortabelt og sundt innendørs miljø Må være økonomiske både når det gjelder investerings- og driftskostnader Må gi pålitelige og sikre forhold uten uheldig virkning på utemiljøet September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 9 3
Hva omfatter innemiljø? Det termiske miljø Det atmosfæriske miljø Det akustiske miljø Det aktiniske miljø Det mekaniske miljø Det estetiske miljø Det psykososiale miljø Inneklima Innemiljø September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 10 Inneklima Termisk innemiljø lufttemperatur strålingstemperatur luftfuktighet lufthastighet bekledning aktivitetesnivå Aktinisk innemiljø stråling, bølger og felt lys Atmosferisk innemiljø gasser damper partikler lukt Akustisk innemiljø lyd støy Mekanisk innemiljø ergonomi September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 11 Fakta om innemiljøproblemer Årlig kostnad for samfunnet kr 8-12 000 000 000 Astma hos voksne, kostnader Full lønn ved sykdom 1 000 000 000 Attføringsstønad 200 000 000 Uførepensjon 800 000 000 Sykebehandling 1 500 000 000 Redusert produksjon 4 500 000 000 Sum 8 000 000 000 Sykepengeutbetaling 2-3 000 000 000 September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 12 4
Bål Den første kilden til varme og lys September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 13 Årestue - Grue - Ljore September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 14 Hus -Peis -Skorstein September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 15 5
Varmtvanns sentralvarmeanlegg September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 16 Klimatisering av bygninger Konstant luftmengde - CAV Vannbåren kjøling - Kjøletak Konstant luftmengde - CAV Vannbåren kjøling - Fancoil Vannbåren varme Variabel luftmengde - VAV Konstant luftmengde - CAV September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 17 Endring av våre behov over tid Bygning - Oppvarming - Matlaging - Lys y Hule - Bål - Fakkel y Årestue - Åre/Grue - Ljore - Talglys y Hus - Peis - Skorstein - Tranlampe y Bygning - Ovn - Skorstein - Parafinlampe y Større bygg - Sentralvarme - Gass belysning y Store bygg - Skyskrapere - Klimatisering Husholdningsapparater - Elektrisk belysning September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 18 6
Hva er tekniske installasjoner? Utstyr som er fast integrert i bygningen som har til hensikt å: opprettholde et ønsket inneklima og yte teknisk service i forbindelse med bruk av bygningen Bygning = Bygg + Tekniske installasjoner September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 19 Hva inneholder tekniske installasjoner? Oppvarmingsanlegg Ventilasjonsanlegg Klimaanlegg Sanitæranlegg Kjøleanlegg Sterkstrøm Elektrotekniske anlegg Gassdistribusjon Svakstrøm Person- og varetransportanlegg Brannvarslings- og slokkingsanlegg Adgangs- og innbruddskontroll September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 20 Klimatekniske installasjoner Menneskets behov: Frisk luft Riktig temperatur Personlig hygiene - Ventilasjon - Oppvarming og Kjøling - Sanitæranlegg Klimainstallasjonenes oppgaver: Erstatte forurenset luft med frisk luft Opprettholde riktig temperatur Tilføre rent vann og lede av forurenset vann INNEKLIMA ER MÅLET > ENERGI ER MIDDELET September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 21 7
Krav som stilles til Klimatekniske installasjoner Temperaturkrav y Individuell regulering y Kollektiv regulering Ventilasjonskrav y Luftmengde y Luftkvalitet y Lufthastighet September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 22 Klimatisering av bygninger Konstant luftmengde - CAV Vannbåren kjøling - Kjøletak Konstant luftmengde - CAV Vannbåren kjøling - Fancoil Vannbåren varme Variabel luftmengde - VAV Konstant luftmengde - CAV September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 23 Varmtvanns sentralvarmeanlegg September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 24 8
Energibærere i klimainstallasjoner Primære energibærere Elektrisitet Brensel fast / flytende / gassformig Vann fjernvarme / fjernkjøling Sekundære energibærere Luft Vann / Væske / Kjølemedium September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 25 Bygningskostnader Fordeling i forandring 100 80 60 [%] 40 20 0 6 88 20 8 72 23 34 43 37 41 22 35 45 20 1900 1930 1950 1970 1990 [År] Installasjoner Innredning Bygningskropp September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 26 Fordeling av energibruk i boliger Tilsiktet oppvarming 60 % 75 % Rom oppvarming Klesvask 7 % Matlaging 3 % Belysning og annet teknisk utstyr 4 % 20 % Bivarme Kjøl/frys 6 % Varmtvann 20 % 25 % Annet September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 27 9
Energiprofil for en kontorbygning kwh/m2 år 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 44 24 10 17 26 24 4 Oppvarming Ventilasjon Varmt vann Vifter/pumper Belysning Diverse September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 28 Behov for bestemt energikvalitet Elektrisk energi - elspesifikt Belysning Elektriske apparater Elektronikk - data, tele, TV, video, audio Matlaging, kjøling og frysing av matvarer Klæsvask, oppvask Varme - substituerbart Oppvarming av: rom, ventilasjonsluft, varmtvann Klimakjøling September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 29 Temperaturavhengighet i energibruken Avhengig av uteklima dvs utetemperatur Oppvarming av rom Oppvarming av ventilasjonsluft Kjøling av rom og ventilasjonsluft Uavhengig av uteklima dvs utetemperatur Oppvarming av varmt forbruksvann Drift av belysning, teknisk utstyr og komponenter September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 30 10
[kwh/m2 år] Normtall beregnet for Kontorbygning i Oslo-klima 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Ikke elspesifikt Substituerbart Elspesifikt Ikke substituerbart Oppvarming Ventilasjon Varmt vann Vifter/pumper Belysning Diverse Kjøling Eldre 1987 1997 September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 31 Sol Vind Fuktighet Omgivelser Samspill Installasjon Energi- og vannforsyning Oppvarming Varmtvann Ventilasjon Kjøling El.apparater Belysning Gjenvinning Automatikk Bruker Vaner Holdninger Virksomhet Driftstid Forvaltning Drift Vedlikehold Utvikling Informasjon Kunnskap Energibruk Inneklima Kostnader September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 32 Arkitektur Funksjon Form Planløsninger Lys Farge Estetikk Medvirkende fagdisipliner Bygg Konstruksjon Isolasjon Tetthet Vann, Avløp Renovasjon Vedlikehold Maskin Varme- og vannforsyning Oppvarming Sanitasjon Ventilasjon Kjøling Gjenvinning Automatikk Bygning Plassering Orientering Form Planløsning Isolasjon Tetthet Varmekapasitet Vindusløsninger Uteklima Utetemperatur Elektro Elektrisitetsforsyning Elektriske apparater Belysning Automatikk Energibruk Inneklima Kostnader September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 33 11
Helhetlig design av bygninger Når? Planlegging Prosjektering Utførelse Overtagelse Drift Vedlikehold Forvaltning Hvem? Byggherre Bruker Arkitekt Tekniske rådgivere Entreprenører Driftspersonalet Arkitektur -Bygg -Maskin -Elektro September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 34 Potensialet for reduksjon av energibruken i bygninger Nye bygninger oppføre nye bygninger slik at de bruker minst mulig energi Eksisterende bygninger oppgradere eller rehabilitere eksisterende bygninger slik at de bruker minst mulig energi De aller fleste fremtidige bygninger er allerede bygget September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 35 Fremtidige energisystemer i bygninger skal være Energieffektive Fleksible Desentraliserte Solbaserte September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 36 12
Energibruk i bygninger The End * Fin * Konec * Slutt * September-2003 V.Novakovic NTNU-EPT 37 13