Nye energikrav til yrkesbygg ygg Hvordan bruke NS 3031 i forhold til TEK? Rasmus Z. Høseggen, Ph.D. Førsteamanuensis II, NTNU Seniorrådgiver, EvoTek AS EvoTek AS EvoTek AS ble etablert 1. april 2004 Rådgivingsfirma som tilbyr komplette tjenester innen g g y p j Energirådgivning Miljørådgivning Byggherrerådgiving (byggherreombud) Tverrfaglig teknisk rådgivning Vi er i dag 7 ansatte og holder til i Strandveien 35 på Lysaker Sjekk www.evotek.no 1
Et kontorbyggs energimål Målet er å oppnå et B-bygg, dvs. et energibehov på under 125 kwh/m 2, som ifølge Enovas statistikk er om lag halvparten av energiforbruket til et gjennomsnittlig kontorbygg i Norge og 25 % lavere enn kravet i Teknisk forskrift på 165 kwh/m 2 Program Del 1: EPBD TEK NS 3031 samsvar? Begrepsavklaring EPBD Energy Performance of Buildings Directive Krav til energiytelse i EPBD Krav til energiytelse i TEK implementering av EPBD Krav til beregningsmetode i EPBD NS 3031 oppfølging av EPBD Generelle krav til beregningsmetode Del 2: Eksempel på bruk av NS 3031 Presentasjon av bygning Sparebank1-kvartalet i Trondheim Inputdata og metode Utfordringer med NS 3031 Detaljert netto energibudsjett 2
Begrepsavklaring - systemgrenser 1. Brutto energibehov 2. Passive tilskudd Passive tilskudd Selvprodusert fornybar energi Tilskudd fra omgivelsene 3. Interne varmekilder 4. Netto energibehov Brutto energibehov Energisystemet Internt varmetilskudd Netto energibehov ap Systemta Levert energi Utvinning Produksjon Lagring Transport Tap rimærenergibehov Pr 5. Egenprodusert fornybar energi 6. Levert energi 7. Primærenergibehov, CO 2 - utslipp, energikostnad og energipolitisk vekting Beregnes ut fra levert energi. De ulike energivarene multipliseres med vektingsfaktorer ut fra primærenergiinnhold, klimabelastning eller ut fra politiske motivasjoner Analogi - næringskjeden Netto energibehov Levert energi 1 Konvertering Primærenergi 2,3 og CO 2 -utslipp 3 2375 kcal (2.75 kwh) 2500 kcal (2.90 kwh) 2.4 kg 24.0 kwh 11.0 kg CO 2 System- tap 0.5 kg 1.0 kg 25.0 kg Produksjon Foredling Pakking Lagring Distribusjon 20.1 kwh 14.9 kg CO 2 3.0 kg 3.6 kwh* 0.9 kg CO 2 *Forutsatt at matavfallet utnyttes 1 Matvaretabellen http://matportalen.no/matvaretabellen (2006) 2 Tabell E.1 i NS-EN 15603 (2007) 3 Maten och miljön - Livscykelanalys av sju livsmedel, LRF (2002) 3
Viktige begreper Netto energibehov Def NS 3031: Bygningens energibehov uten hensyn til energisystemets virkningsgrad eller tap i energikjeden. Skal beregnes med normalisert bruk (standardisert input) Beskriver først og fremst egenskapene til bygningskroppen og hvor godt bygget utnytter passive tilskudd Kan beregnes, men ikke måles direkte og er derfor på mange måter et abstrakt begrep (vanskelig å forklare til lekfolk) Levert energi Def NS 3031: Summen av energi, uttrykt per energivare, levert over bygningens systemgrenser for å dekke bygningens samlede energibehov inkludert systemtap som ikke (kan) gjenvinnes. Beregnes på grunnlag av netto energibehov (fortsatt standardisert input) og vil derfor avvike fra virkelig målt levert energi Viktige begreper forts Primærenergibehov Def. primærenergi: Energi i sin opprinnelige form som ikke er blitt omdannet eller gått over i andre energiformer Primærenergifaktorer skal ta hensyn til energibehov til: Utvinning Transport og lagring Prosessering og omdanning Overføring og distribusjon Norske faktorer for å beregne primærenergibehovet fra levert energi er ennå ikke utarbeidet (noe politisk betent...?) CO 2 -faktor Mengde karbondioksid som blir sluppet ut i atmosfæren per enhet levert energi 4
Begraving av begreper Begreper brukt om levert energi Kjøpt energi Tilført energi Brutto energibehov Begreper som er mer eller mindre meningsløse Netto energibruk Netto energiforbruk Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) EPBDs Artikkel 1 Formål (norsk oversettelse): Formålet med dette Direktiv er å fremme en forbedring av energiytelsen i bygninger i Fellesskapet, idet det tas hensyn til uteklima og lokale forhold samt krav til inneklima og kostnadseffektivitet Bedre oversettelse (energy performance OF buildings): Formålet med dette Direktiv er å fremme en forbedring av bygningers energiytelse i Fellesskapet, idet det tas hensyn til uteklima og lokale forhold samt krav til inneklima og kostnadseffektivitet (Kanskje enda bedre) alternativ oversettelse: Formålet med dette Direktiv er å minske bygningers energi-, ressurs- og miljøbelastning i Fellesskapet, ( ) 5
Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) Omhandler fem hovedpunkter 1. Metode for å beregne bygningers energiytelse (Art. 3) 2. Minimumskrav til nye bygningers energiytelse (Art 4) 3. Minimumskrav til energiytelse i større bygninger som skal bygges om eller renoveres (Art 6) 4. Energisertifisering av bygninger 5. Inspeksjon av varme- og ventilasjonsanlegg i bygninger Europarådet vedtok "recast" av direktivet den 14. april 2010 og vil høyst sannsynlig bli vedtatt av Europaparlamentet i mai. EPBD Recast Artikkel 4 Fastsettelse av minimumskrav til energiytelse Medlemsstatene skal treffe de tiltak som er nødvendige for å sikre at det fastsettes minstekrav til energiytelse for bygninger med vekt på å oppnå kostnadsoptimale* løsninger på grunnlag av i henhold til metoden nevnt i Artikkel 3. ( ) kan skille mellom nye og eksisterende bygninger og forskjellige kategorier av bygninger ( ). Kravene skal ta hensyn til alminnelige inneklimaforhold som utilstrekkelig ventilasjon ( ) *Artikkel 2 Definisjoner Med kostnadsoptimale løsninger menes det laveste kostnadsnivået i et byggs livssyklus, bestemt ut ifra investeringskostnad, vedlikeholds- og driftskostnad (inkludert energikostnad), inntekt av energiproduksjon (hvor relevant) og avhendingskostnad. 6
EPBD - Recast Artikkel 6 Nye bygninger 1. Medlemsstatene skal treffe de nødvendige tiltak for å sikre at nye bygninger oppfyller minstekravene i samsvar med Artikkel 4. For nye bygninger med et samlet bruksareal på mer enn 1 000 m 2 skal medlemsstatene sikre at den tekniske, miljømessige og økonomiske gjennomførbarheten av følgende systemer er vurdert før byggestart desentraliserte energiforsyningssystemer basert på fornybar energi, cogenerering (CHP), fjernvarme- eller nærvarmeanlegg for oppvarming eller kjøling, dersom det er tilgjengelig, varmepumper, under visse forutsetninger vurderes og tas i betraktning før byggingen igangsettes. 2. Medlemsstatene skal sikre at analysen av de alternative systemene referert til i Paragraf 1 er dokumentert på en transparent måte i søknaden om byggetillatelse eller den endelige godkjenningen for byggestart. EPBD - Recast Artikkel 7 Eksisterende bygninger Medlemsstatene skal treffe de tiltak som er nødvendige for å sikre at når bygninger med et samlet bruksareal på mer enn 1 000 m 2 gjennomgår en større rehabilitering*, foretas en oppgradering av energiytelsen for å oppfylle minstekravene i den grad det er teknisk, funksjonelt og økonomisk gjennomførbart. Medlemsstatene skal beregne disse minstekravene til energiytelse ( ) i samsvar med Artikkel 4. ( ) *Artikkel 2 - Definisjoner: Med større rehabilitering menes a) den totale kostnaden for rehabiliteringen er større enn 25 % av bygningens verdi (eks. tomt), eller b) at mer enn 25 % av arealet av bygningens klimaskjerm blir rehabilitert 7
EPBD implementert i TEK 8-2 Energikrav (Artikkel 1 ivaretatt?) Byggverk skal utføres slik at det fremmer lavt energibehov. Byggverk skal lokaliseres, li plasseres og/eller utformes med hensyn til energieffektivitet, it t avhengig av lokale forhold. 8-21 Krav til energieffektivitet (Artikkel 4, 5 og 6 ivaretatt?) Bygningen skal være så energieffektiv at den enten tilfredsstiller de krav som er angitt til energitiltak under bokstav a eller kravene til samlet netto energibehov (rammekrav) som angitt under bokstav b. Minstekrav i bokstav c skal uansett ikke overskrides. Krav til energiytelse i TEK 07 a) Energitiltak: b) Samlet netto energibehov U-verdi yttervegg: 0,18 W/m 2 K Bygningskatekori Rammekrav (kwh/m 2 ) U-verdi tak: 0,13 W/m 2 K Småhus 125 * U-verdi gulv på grunn og mot det fri: 0,15 W/m 2 K Boligblokk 120 U-verdi glass/vinduer/dører: 1,20 W/m 2 K Normalisert maks. kuldebroverdi 0,06 W/m 2 K Lufttetthet: 1,5 h -1 v/ 50 Pa SFP-faktor 2/1 kw/m 3 s (dag/natt) Temp.virkningsgrad for varmegjen. 70%. Utvendig solskjermingsutstyr eller andre tiltak for å oppfylle krav til termisk komfort uten bruk av lokalkjøling. Natt- og helgesenking av innetemperatur til 19 C c) Minstekrav: U-verdi yttervegg, W/m 2 K U-verdi tak, W/m 2 K Barnehager 150 Kontorbygg 165 Skolebygg 135 Universitet/høyskole 180 Sykehus 325 Sykehjem 235 Hoteller 240 Idrettsbygg 185 Forretningsbygg 235 Kulturbygg 180 Lett industri, verksteder 185 * + 1600/oppvarmet BRA U-verdi gulv på grunn og mot det fri, W/m 2 K U-verdi vindu, W/m 2 K Lufttetthet, luftvekslinger pr. time ved 50 Pa trykkforskjell Bygninger 0,22 0,18 0,18 1,6 3,0 Bygning med laftede yttervegger 0,60 0,13 0,15 1,4 - Fritidsboliger under 150 m 2 BRA med laftede yttervegger 0,72 0,18 0,18 1,6-8
Implementering av EPBD i TEK forts 8-22. Energiforsyning (Artikkel 5 og 6 ivaretatt?) Bygning skal prosjekteres og utføres slik at en vesentlig del av varmebehovet kan dekkes med annen energiforsyning enn elektrisitet og/eller fossile brensler hos sluttbruker. Kravet til energiforsyning i første ledd gjelder ikke for bygning med et særlig lavt varmebehov eller dersom det fører til merkostnader over bygningens livsløp. ( ) Svarer TEK opp EPBD? Definerer et minstekrav til energieffektivitet (via energitiltaksmetoden eller energirammemetoden) Energitiltak skal være lønnsomme (over levetiden) Innklimaet er ivaretatt (ikke revidert) Skiller mellom ulike bygningskategorier (jf. Artikkel 4) MEN, TEK setter et minstekrav til netto energibehov Artikkel 2 Definisjoner En bygnings energiytelse : den mengden energi som faktisk k forbrukes eller beregnes forbrukt for å dekke de ulike behov knyttet til en standardisert bruk av bygningen ( ) 9
Indikator for energiytelse Passive tilskudd Selvprodusert fornybar energi Tilskudd fra omgivelsene Brutto energibehov Energisystemet Internt varme- tilskudd Netto energibehov ap Systemta Levert energi Utvinning Produksjon Lagring Transport Tap Primærenergibehov P Teknisk forskrift Energimerke EPBD Valg av indikatorer for energiytelse Mål EPBD: Redusere primærenergibehovet i byggsektoren Redusere CO 2 -utslipp relatert til byggsektoren Primærenergibehov og CO 2 -utslipp mer nærliggende som indikatorer Argumenter mot indikatorer langt ute i energisystemet Mindre vekt på varige løsninger Tekniske installasjoner kompenserer for en dårlig bygningskropp (eks: varmepumpe som kompensasjon for dårlig isolasjon) 10
EPBD - Recast Artikkel 3 Vedtagelse av metode for beregning av bygningers energiytelse Medlemsstatene skal anvende en metode, på nasjonalt eller regionalt plan, for beregning av bygningers energiytelse på grunnlag av i henhold til den generelle rammen fastsatt i Annex I. 1. Energiytelsen skal bestemmes på basis av beregnet eller målt energibehov for å fylle behovene ved normalisert bruk av bygningen ( ) 2. Et byggs energiytelse skal utrykkes på en transparent måte og skal også inkludere en nummerisk indikator for CO 2 -utslipp og primerenergibehov. Beregningsmetoden bør være i henhold til europeiske standarder. 3. Metoden skal minst inkludere følgende: a) Varmekapasitet, isolasjon, passiv oppvarming, kjøleelementer, kuldebroer f) bygningens design, beliggenhet, orientering, inkludert utendørs klima h) prosjektert inneklima 4. I beregningen skal det, når det er relevant, tas hensyn til den positive virkningen av følgende faktorer : a) lokal soleksponering b) ( ) Svarer NS 3031 opp EPBD? Definerer en metode fra A til Å Fastesetter regler for beregning g av bygningers g energiytelse gy varmetapstall, totale netto energibehov (etter rammen beskrevet i Artikkel 4), behov for levert energi fordelt på energivare primærenergibehov, CO 2 -utslipp, og energikostnad Konklusjon: JA (og i langt større grad enn TEK) Dvs, som metode jobb gjenstår å utarbeide gode tapsfaktorer (netto->levert) og primærenergifaktorer (levert->primær) Bør (må) harmoniseres med NS-EN 15316-serien og NS-EN 15603 11
Generelle krav til en metode Enkelhet vs. anvendbarhet Transparent, verifiserbar og reproduserbar Brukernes forståelse for metoden lett å lære og trygghet for at metoden er korrekt utført For offentlige tjenestefolk som skal kontrollere beregningene (f.eks. for byggetillatelse) For videreutvikling av modellen lett å forstå forutsetningene for beregningene Fleksibel og åpen for innovative løsninger For mange frihetsgrader vil gjøre det vanskelig å overholde ovennevnte punkter For få frihetsgrader (for mange faste inputverdier) gjør det vanskelig å skille gode og dårlige løsninger og kan hindre at innovative løsninger blir tatt i bruk 12
Nøyaktighet vs. kostnadseffektivitet Metoden må være tilstrekkelig nøyaktig for å produsere objektive resultater for valg av ulike tekniske løsninger, og helst så nær virkeligheten som mulig Metoden må ikke være for tidkrevende og/eller teknisk komplisert Innsamling av reelle data fra eksisterende bygninger kan være svært tidkrevende (f.eks. i forbindelse med energisertifisering) stid (%) Inspeksjons 100 75 50 25 0 A B C D E Detaljert til forenklet input ighet (%) Total unøyakti 100 75 50 25 0-25 -50-75 Optimum -100 A B C D E Detaljert til forenklet input Ref:, D. van Dijk, Energy performance calculation procedures for EPBD Eksempel på bruk av NS 3031 Ref: Bæk, Simonsen & Aaris Arktitekter MAA Urban Energy vinner av arkitektkonkurransen Europas mest energieffektive kontorbygg i Bjørvika 13
Annet eksempel på bruk av NS 3031 Ref: Agraff Arkitekter Nytt hovedkontor for Sparebank1 Midt-Norge i Trondheim Sparebank1-kvartalet Sparebank1 skal bygge nytt hovedkontor i Trondheim sentrum Nybygg 12 800 m 2 Rehabilitering i 8 600 m 2 (gammelbank og kjellere) Byggestart oktober 2008 ferdigstillelse 20/10 2010 kl.20:10 Høye ambisjoner for bygget arkitektur energiytelse inneklima Energimål netto energibehov beregnet etter NS3031 <100 kwh/m 2 målt levert energibruk <85 kwh/m 2 Inneklima det beste inneklimaet i landet 14
Fasade og plan Glassgårder Utsnitt for analyse Beregningsmodell i ESP-r 15
Inputdata Konstruksjon U-verdi / g-verdi Glassfasader og vinduer (tre-lags) 0.8 W/m²K / 0.5 Yttervegger Ca 30 cm mineralull 0.15 W/m²K Yttertak Ca 40 cm isolasjon 0.10 W/m²K Gulv mot grunn Ca 20 cm EPS 0.14 W/m²K Glassfasade mot atrium 5.2 W/m²K / 0.8 Temperaturvirkningsgrad varmegjenvinner: 90 % Minimering av vindusareal (begrenset av dagslysbehov) Utvendig solavskjerming på alle vinduer (og stedvis i atriene) Høye tetthetskrav (n 50 < 1.0 h -1 ) Tilluft via installasjonsgulv Avkast Uteluft Teknisk rom Filter Avkast ut røykluker når det ikke er behov for gjenvinning Til gjenvinning ved behov + + Roterende varmegjenvinner Varme- og kjølebatteri Overstrømning til atrium Trykksatt installasjonsgulv Eksponert betong T Luftmengder styrt etter temperatur i oppholdssonen (dagtid) og betongtemperatur (nattkjøling) Spjeld for luftmengderegulering i hver sone Fortregningsdiffusorer i gulvet 16
4.1 Inndata: Låste verdier Tabell A.2 Varmetilskudd Tabell A.3 Driftstid og settpunkttemp Tabell A.6 Minste tillatte tt luftmengder Bygningskategori Kontorbygg Forretningsbygg Type inndata Driftstider (Timer/døgn/uker) Ventilasjonsluftmengde (m 3 /h m 2 ) Lys (W/m 2 ) Utstyr (W/m 2 ) Personer (W/m 2 ) Settpunkttemp. i/u driftstid ( C) Veiledende d 12/5/52 10/3 8 11 4 21/19 verdi Redusert 12/5/52 7/2 6,4 11 4 21/19 verdi Veiledende 12/6/52 20/5 15 1 10 21/19 verdi Redusert 12/6/52 13/2 12 1 10 21/19 verdi 4.2: Areal og volum Oppvarmet del av BRA er den delen av BRA som tilføres varme fra bygningens varmesystem og evt. kjøling fra bygningens kjølesystem og er omsluttet av bygningens klimaskjerm For uoppvarmet eller delvis oppvarmede arealer slik som boder, garasje ( ), gjelder: Dersom arealet tas med som oppvarmet del av BRA, skal rommet regnes å ha samme temperatur som tilliggende rom. Settpunkt etter tabell A.3 ( ) Dersom arealet ( ) ikke tas med i oppvarmet del av BRA, kan rommets varmemotstand tas med i beregningen ( ) Def varmesystem: bygningens komplette anlegg for varmegenerering, ( ), som dekker romoppvarming, ventilasjonsvarme og varmtvann Her: Glassgårdene regnes fullklimatisert med drift som forretningene 17
4.3 Inndeling av bygningen i soner En bygning eller et bygningskompleks skal beregningsmessig deles opp i flere soner ut fra følgende forhold: Flerfunksjon (her: 1 etg: forretning, 2.-5. etg: kontor) Ulike tekniske installasjonssystemer som betjener forskjellige deler av bygningen (her: samme i hele bygget) Ulikt soltilskudd i forskjellige deler av bygningen (her: øst-sone, vestsone og midt-sone) Ulike interne varmetilskudd i forkjellige deler av bygningen (her: samme som funksjon) 4.3 Inndeling forts For kontrollberegning mot offentlige krav skal hver beregningssone regnes som adiabatisk. Dvs. at det ikke regnes med varme- eller masseoverføring mellom de ulike beregningssonene Problem: Få fram virkningen av den passive kjølingen/forvarmingen i datagulvet Overstrømning fra kontorer/forretninger til atrium (Her: Valgt å se bort fra dette punktet og nærmet oss virkeligheten) 4.3.3: ( ) solrom, atrier ( ) skal regnes som en egen sone Temperatursjiktningen kan være betydelig i høye atrier Snittemperatur 20 C, men 0 C grader nede 40 C i øvre del (Her: atriet er delt vertikalt i 5 soner for å få med effekten av stratifiseringen) 18
4.4 Valg av beregningsmetode NS 3031 gir tre alternativer for beregning av oppvarmings- og kjølebehov Månedsberegning (stasjonær) etter NS-EN 13790 Forenklet timeberegning (dynamisk) etter NS-EN 13790 Detaljerte validerte beregningsprogrammer (dynamisk) etter NS-EN 15265 For kontor og forretningsbygg er dynamiske metoder eneste alternativ (Her: Detaljert beregning med ESP-r, som per i dag ikke er validert) 6.2 Budsjett for netto energibehov Totalt netto energibehov - 101kWh/m 2 - ~40 % lavere enn et bygg bygd akkurat etter forskriften Formål Energibehov for Energibehov for et typisk kontordel (kwh/m 2 ) kontorbygg (kwh/m 2 ) Romoppvarming 6 33 Ventilasjonsvarme 19 21 Varmtvann 5 5 Vifter og pumper 12 22 Belysning 20 25 Teknisk utstyr 34 34 Romkjøling 0 0 Ventilasjonskjøling 5 24 Totalt netto energibehov 101 165 19
Videre mot målet Hvordan komme fra netto energibehov på 100 kwh/m 2 til 85 kwh/m 2 målt levert energi? Annet klima (netto energiberegninger skal gjøres i Osloklima) Kortere driftstid enn forutsetningene i NS 3031 (12/5/52 h/d/u) Eget overtidsområde i bygningen for de som jobber ut over normal arbeidstid. Største post i energibudsjettet teknisk utstyr Behovsstyring av elektrisk kraft A+-merket elektrisk utstyr Kvalifisert og motivert t driftspersonale Motiverte, disiplinerte og tilfredse brukere av bygget Avsluttende kommentarer NS 3031 er viktig for å etablere en felles plattform for energiberegninger minsker mulighetene for å manipulere beregningene standardiserte inndata standardisert prosedyre NS 3031 kan i enkelte tilfeller bli for rigid og hindre at innovative løsninger blir brukt tiltak ikke gir utslag i energibudsjettet tiltak ikke i henhold til metoden Savner insentiv til å gjøre noe med største post i energibudsjettet: Teknisk utstyr behovsstyring av elektrisk energi (f.eks. unngå stand by-strøm ) blir ikke mindre aktuelt dersom primærenergifaktoren for el blir 4.05 slik veiledende verdi er i NS-EN 15603 20
NB! NB! NB! NB! NB! NB! NB! NS 3031 er en standard for å beregne behovet for ENERGI For beregning g av effekt til oppvarming kan NS-EN 12831 og/eller NS-EN 15377-serien For inneklima bør NS-EN 15251 benyttes Harmonisert og innføres i hele EU Inkluderer alle viktige inneklimaparametere Spesifiserer parametere for design, ferdigstillelse og kontinuerlig driftskontroll av bygninger Nylig oversatt til norsk 21