TEK10 - tips og råd om energiberegninger Fagdagene 2014, 5. nov 2014
Krav i Klimaforliket og EPBD II Klimaforliket 2012 (klimameldingen): Skjerpe energikravene i byggeteknisk forskrift til passivhusnivå i 2015 og nesten nullenerginivå i 2020. Kravnivå baseres på samfunnsøkonomiske og helsemessige konsekvenser og kompetansen i byggenæringen. EUs reviderte bygningsenergidirektiv (2010/31/EU): Article 9 Nearly zero-energy buildings 1. Member States shall ensure that: (a) by 31 December 2020, all new buildings are nearly zero- energy buildings; (b) after 31 December 2018, new buildings occupied and owned by public authorities are nearly zero-energy buildings.
EU-Directive on energy performance of buildings Nearly zero-energy buildings from December 2020 EU
US
Japan
Nye energikrav i TEK Energikravkrav Overgangsperiode Ny teknisk forskrift 2017? Teknisk forskrift 2010 Nær nullenergi? Passivhusnivå 1 år? Teknisk forskrift 1997 TEK10 1 år? TEK97 rev. 2007 2,5 år 1 år 1997 2010 Jan 2016? Passivhusnivå 2021? Nær nullenergi?
TEK10 kap 14 Energi - To alternative modeller Energitiltaksmodellen m/ mulighet for omfordeling Ved omfordeling er referansen eget bygg med 20 % dør- og vindusareal Rammekravsmodellen totalt, netto energibehov småhus: 120 + 1600/BRA (kwh/m 2 ) øvrige boligbygg: 115 kwh/m 2 Dokumentere at beregnet, normert energibehov er lavere enn rammen
Ulike beregningspunkt som referanse for energikrav TEK10 14-3 TEK10 14-4 NS 3700 Passivhus Energimerking Revidert bygningsenergidirektiv (EPBD II) Varmetap (energitiltak) Netto energibehov Levert energi Vektet, levert energi Beregnet varmetap fra bygget Beregnet energibehov for å holde bygget oppvarmet, uten hensyn til egenskapene til varmeanlegget Beregnet energibehov til bygget når det også tas hensyn til egenskapene til varmeanlegget Beregnet energibehov til bygget med (miljø)vekting av energivarene Inndata; Transmisjonsvarmetap Ventilasjonsvarmetap Infiltrasjonsvarmetap Inndata: Solvarmetilskudd Internvarme fra lys, utstyr og personer Varmekapasitet (varmelagring) Vifte- og pumpeenergi Varmtvannsbehov Inndata: Kapasitet til varmeanlegget Systemvirkningsgrader for varmeanlegget: - produksjonsvirkningsgrad - distribusjonsvirkningsgrad - romvirkningsgrad Inndata: Total primærenergifaktorer Ikke-fornybar primærenergifaktorer CO 2 -faktorer Energipriser etc.
Energitiltak m/ omfordeling Energitiltakene i TEK10 er grunnlag for energirammekrav U-verdier [W/(m 2 K)] TEK10 Yttervegg 0,22 0,18 Vinduer og dører 1,2 Tak Omfordeling 0,13 Golv 0,15 Normalisert kuldebro [W/K per m 2 BRA] 0,06/0,03 Varmegjenvinning ventilasjon 80 % 70 % Lekkasjetall [luftveksl. per time v/ 50 Pa] 1,5/2,5 SFP [kw/(m 3 /s)] 2,5 Vindus- og dørandel av BRA 20 % Boligprodusentene søker slanke yttervegger. Nye, roterende varmegjenvinnere har virkningsgrad 80-85 %, mot TEK10-nivået 70 %. Bedre varmegjenvinning omfordeles mot slankere vegg. Vanlig utførelse er 20 cm isolasjon i yttervegg (Uverdi ca 0,22 W/(m 2 K)), mot 25 cm isolasjon som U-verdi 0,18 W/(m 2 K) ville tilsvare. Denne omfordelingen er en del av "TEK10-pakka".
Beregning av varmetap (W/K) Bygningsdel/ tiltak Mengde Nivå (energitiltak i TEK10 14-3) Varmetap Transmisjon Yttervegg 170 m 2 U = 0,18 W/(m 2 K) 31 W/K Vindu/dør 20 % av BRA = 32 m 2 U = 1,2 W/(m 2 K) 38 W/K Tak 88 m 2 U = 0,13 W/(m 2 K) 11 W/K Golv 80 m 2 U = 0,15 W/(m2K) 12 W/K Kuldebro 160 m 2 BRA ψ = 0,03 W/K per m 2 BRA 5 W/K "SINTEF-kassa" enebolig i to etasjer grunnflate 8 m x 10 m skråtak i andre etasje oppvarmet areal = 160 m 2 BRA Ventilasjon 1,2 m 3 /m 2 per time η = 70 % 19 W/K Luftlekkasjer 459 m 3 n 50 = 2,5 luftv. per time 26 W/K Varmetransportkoeffisient 143 W/K Varmetapstall 0,89 W/K per m 2 BRA
Beregning av netto energibehov (kwh/m 2 ) Utetemperatur Personvarme 1,5 W/m 2 BRA Interne varmetilskudd Belysning 1,3 W/m 2 BRA Elektrisk utstyr 1,2 W/m 2 BRA Innetemperatur Solinnstråling Varmetap: transmisjonsvarmetap infiltrasjonsvarmetap ventilasjonsvarmetap Varmetilskudd fra: belysning, elektrisk utstyr og personer (4,0 W/m 2 BRA) solinnstråling Andre parametre: Varmekapasitet Temperatur ventilasjonstilluft Eksempel: Netto oppvarmingsbehov for SINTEF-kassa ved 5 o C utetemperatur: Varmetap: 143 W/K (20 ( 5)) = 3 575 W Varmetilskudd: 4,0 W/m 2 BRA 160 m 2 BRA = 640 W Netto oppvarmingsbehov per time (uten sol): 3 575 Wh 640 Wh 3 000 Wh
Beregning av levert energi (kwh/m 2 ) Bygger på netto energibehov, men tar hensyn til virkningsgrader i varmeanlegget: produksjonsvirkningsgrad distribusjonsvirkningsgrad romvirkningsgrad Total systemvirkningsgrad (NS 3031): elektriske panelovner: 0,98 bergvarmepumpe: 2,22 fjernvarme: 0,84 Varmeanlegg Eksempel: Levert energi til oppvarming for SINTEF-kassa ved 5 o C utetemperatur: Netto oppvarmingsbehov (per time): 3 000 Wh Levert energi (per time): - elektrisk oppvarming: 3 000 Wh/0,98 = 3 060 Wh - bergvarmepumpe: 3 000 Wh/2,22 = 1 350 Wh - fjernvarme: 3 000 Wh/0,84 = 3 570 Wh
Beregning av vektet, levert energi (kwh/m 2 ) Bygger på levert energi, men med vekting av energibærerne EPBD II krever bruk av numerisk indikator basert på primærenergi. Primærenergifaktorer fastsettes nasjonalt, kan velge mellom: total primærenergi ikke-fornybar primærenergi
Primærenergifaktorer (pren 15603:2013) Energivare Ikke-fornybar primærenergifaktor Fornybar primærenergifaktor Total primærenergifaktor Fyringsolje 1,05 0,00 1,05 Gass 1,05 0,00 1,05 Elektrisitet fra nettet 2,30 0,20 2,50 Elektrisitet fra nettet basert på vannkraft 0,50 1,00 1,50 Fjernvarme 1,30 0,00 1,30 Ved 0,05 1,00 1,05 Biogass 0,05 1,00 1,50
NS 3031 Metode/formelverk: varmetapstall netto energibehov levert energi vektet levert energi Normative og informative inndata (bruksbetingelser) Bruksområde Beregne energiytelse opp mot krav i tekniske forskrift Beregne energiytelse opp mot energimerkeordningen Vurdere virkningen av alternative utforminger/løsninger Vurdere virkningen av tiltak i eksisterende bygg
Normative og informative tillegg
Referansebygg for rammekravsmodellen Energirammen er basert på utregninger for "SINTEF-kassa" og "SINTEF-blokka", med antakelse om energitiltak ihht. energitiltaksmodellen: småhus: 120 + 1600/BRA (kwh/m 2 ) øvrige boligbygg: 115 (kwh/m 2 ) "SINTEF-kassa" småhus i to etasjer grunnflate 8 m x 10 m skråtak i andre etasje (gj.snitt romhøyde 2,9 m) oppvarmet areal = 160 m 2 BRA "SINTEF-blokka" blokk i tre etasjer grunnflate 10 m x 30 m romhøyde 2,4 m oppvarmet areal = 900 m 2 BRA
Valg av referansebygg har betydning Opprinnelig hadde "SINTEF-kassa" kaldt loft (flat himling) og romhøyde 2,4 m) I prosessen før "TEK07" ble dette endret til mønt himling og gjennomsnittlig romhøyde 2,9 m Opprinnelig Justert versjon med mønt himling 5 kwh høyere energiramme 1,87 m 2,4 m 2,4 m 5,05 m 0,25 m 5,05 m 0,25 m 2,4 m 2,4 m
Arkitektene må tenke på bygningsformen Hus X: Veggtykkelsen må økes fra 200 mm til 500 mm for å få like lavt oppvarmingsbehov som Trend 3
Alternative referansebygg størrelse og bygningsform Småhus Nordbohus Auriga - 113 m 2 Mesterhus Nora - 127 m 2 Norgeshus Trend 3-129 m 2 Nordbohus Tekno 147 m 2 Block Watne Lykkebo 155 m 2 SINTEF-kassa- 160 m 2 Norgeshus Asplund - 167 m 2 Nordbohus Nukleus - 172 m 2 Mesterhus Karita - 172 m 2 Tomannsbolig - 252 m 2 Rekkehus 480 m 2 Øvrige boligbygg (blokker) SINTEF-blokka 900 m 2 Block Watne, Prosjekt K3 1384 m 2 Block Watne, Prosjekt K4 1941 m 2 Indeksbygg, UU-blokka -2987 m 2
Sammenheng mellom varmetapstall og oppvarmingsbehov Forutsetninger: - Energitiltak etter TEK10-20 % dør- og vindusandel - vindusorientering N/Ø/S/V = 25%/20%/35%/20%
Forenklet sammenheng mellom varmetapstall og netto energibehov y = oppvarmingsbehov (kwh per m 2 oppv. BRA) x = varmetapstall (W/K per m 2 oppv. BRA) Forutsetter energitiltak etter TEK10 og bygg med samme varmekapasitet, orientering av vinduene, solskjerming, teknisk utstyr, belysning, styring regulering m.m.
Eksempel: Beregning av varmetapstall for småhus Antakelser: rektangulær "skoeske" i to etasjer, lengde = 1,5 x bredde, (maks. bredde 8 m) energitiltak etter TEK10 Bruksareal m2 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Geometrske inndata Bredde m 5,2 5,8 6,3 6,8 7,3 7,7 8,0 8,0 8,0 Lengde m 7,7 8,7 9,5 10,2 11,0 11,6 12,5 13,8 15,0 Romhøyde m 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 Luftvolum m3 192,0 240,0 288,0 336,0 384,0 432,0 480,0 528,0 576,0 Omkrets m 25,8 28,9 31,6 34,2 36,5 38,7 41,0 43,5 46,0 Vinduer og dører m2 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 36,0 40,0 44,0 48,0 Yttervegg m2 117,0 128,7 138,9 147,9 156,1 163,5 171,2 180,0 188,9 Golv m2 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0 Tak m2 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0 Beregnet varmetap W/K W/K W/K W/K W/K W/K W/K W/K W/K Vinduer og dører 1,2 W/(m2)K 19,2 24,0 28,8 33,6 38,4 43,2 48,0 52,8 57,6 Yttervegg 0,18 W/(m2)K 21,1 23,2 25,0 26,6 28,1 29,4 30,8 32,4 34,0 Golv 0,15 W/(m2)K 6,0 7,5 9,0 10,5 12,0 13,5 15,0 16,5 18,0 Tak 0,13 W/(m2)K 5,2 6,5 7,8 9,1 10,4 11,7 13,0 14,3 15,6 Kuldebroer 0,03 W/(m2)K 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 5,4 6,0 6,6 7,2 Luftlekkasjer 2,5 Luftv/time 11,1 13,9 16,6 19,4 22,2 24,9 27,7 30,5 33,3 Sum 64,9 78,0 90,8 103,4 115,9 128,2 140,5 153,1 165,7 Beregnet varmetapstall W/K per m2 0,812 0,780 0,757 0,739 0,724 0,712 0,703 0,696 0,690
Varmetapstall for småhus som funksjon av bruksareal (BRA) og antall etasjer Forutsetning: rektangulære "skoesker" i 1, 2 og 3 etasjer (maks. bredde 8 m) energitiltak etter TEK10 Varmetapstall uten ventilasjonsvarmetap (kun transmisjon og infiltrasjon)
Varmetapstall for øvrige boligbygg som funksjon av bruksareal (BRA) og antall etasjer Forutsetning: Rektangulære "skoesker" i 2, 3 og 4 etasjer (maks. bredde 14 m) energitiltak etter TEK10 Varmetapstall uten ventilasjonsvarmetap (kun transmisjon og infiltrasjon)
Varmetapstall for småhus med TEK10-tiltak Energitiltak etter TEK10, inkl 20 % dør- og vindusandel Varmetapstall uten ventilasjonsvarmetap (kun transmisjon og infiltrasjon)
Blokk K3
Blokk K4
UU-blokka (Indeksbygg)
Varmetapstall for blokker med TEK10-tiltak SINTEF-blokka 3 etasjer BW K3 3 etasjer BW K4 3 etasjer UU-blokka (indeksbygg) 4 etasjer Energitiltak etter TEK10, inkl 20 % dør- og vindusandel Varmetapstall uten ventilasjonsvarmetap (kun transmisjon og infiltrasjon)
Eksempel: Nødvendig økning av veggtykkelsen for å kompensere for det økte varmetap pga "ugunstig" bygningsform SINTEF-blokka 3 etasjer BW K3 3 etasjer BW K4 3 etasjer +13 cm veggisolasjon UU-blokka (indeksbygg) 4 etasjer +25 cm veggisolasjon +35 cm veggisolasjon +13 cm veggisolasjon
Valg av simuleringsprogram NS 3031 åpner for to beregningsalternativer: bruke månedsstasjonær beregning med formler gitt i standarden bruke simuleringsprogram som er validert (testet) etter NS-EN 15265 og tilfredsstiller 'level C'. Utfordring: validerte program gir ikke samme svar!
Validering etter NS-EN 15265 Standarden beskriver: referansebygg 8 alternative konstruksjonsløsninger og bruksbetingelser 3,6 m 5,5 m 2,8 m referanseklima (timesverdier) fasitsvar for oppvarmingsbehov (Q H,ref ) og kjølebehov (Q C,ref ) for de 8 alternativene kriterier for validering: 'level A' (maks ± 5% avvik fra fasitsvar) 'level B' (maks ± 10% avvik fra fasitsvar) 'level C' (maks ± 15% avvik fra fasitsvar) For å beregne energibehov opp mot krav i TEK10 må simuleringsprogrammet tilfredsstille "level C', tilsvarende maksimalt 15 % avvik fra fasitsvaret. Kravet gjelder for hver av de 8 alternativene, og skal tilfredsstilles separat for beregnet oppvarmingsbehov og beregnet kjølebehov.
Energibesparelse ved endring av energitiltak Utgangspunkt TEK10
Energibesparelse ved endring av energitiltak Utgangspunkt TEK10 Nåverdi av framtidig energibesparelse (50 år, 4 % realrente og energipris 1,00 kr/kwh) Boligstørrelse 160 m 2 BRA Eksempel: Økning fra 25 cm til 40 cm isolasjon i yttervegg: Energibesparelse = 8 kwh/m 2 160 m 2 1,00 kwh/kwh 21,5 = kr 27 500 Dvs. nåverdi av framtidige energibesparelser forsvarer en merinvestering på kr 27 500
Optimal isolasjonstykkelse for Glava 35 inkludert energibruken til produksjon av isolasjonen (innebygget energi)
Energiforsyning www.boligprodusentene.no
"Rykk tilbake til start" Tilknytningsplikt til fjernvarme? 14-8 Hovedkrav 14-7 første og andre ledd Unntaksmulighet 14-7 tredje og fjerde ledd Krav til energiforsyning og varmeanlegg Krav i plan om tilknytning til fjernvarme? NEI JA Dekkes tilfredsstillende andel av netto varmebehov med annet enn fossilt brensel eller direktevirkende elektrisitet: 500 m 2 : 40 % > 500 m 2 : 60 % JA Nye bygg skal utstyres med varmeanlegg slik at fjernvarme kan utnyttes til romoppvarming, ventilasjon og varmtvann OK! NEI NB! Arealgrensen 500 m 2 refererer til oppvarmet bruksareal og gjelder hele bygningen, ikke enkeltleiligheter. Kjedete eneboliger bundet sammen med åpen carport, bod etc, regnes som én bygning NB! Passivhusstandarden NS 3700 stiller egne krav til energiforsyning. Med passivhus etter standarden er det dermed ikke "fritt fram" ved valg av varme-anlegg, selv om TEK10 14-7 gir unntak for bygg som tilfredsstiller passivhusnivå NEI NEI Naturforhold gjør det praktisk umulig? Mindre enn 15 000 kwh/år Merkostnader over livsløpet? NEI JA JA JA Tilfredsstilles passivhusnivå? NEI JA Ikke krav til varmeanlegg NB! Passivhusstandarden NS 3700 stiller egne krav til energiforsyning Skorstein og lukket ildsted for biobrensel i alle boenheter over 50 m2
Lønnsomhetsberegning http://kalkulatorer.norskteknologi.no/tekkalk/ Kan bruke nøkkeltall for investeringskostnader for alternative varmeløsninger