14. mai 2008 - Nye energikrav til yrkesbygg Hvordan vurdere og dokumentere ved hjelp av NS 3031 13.45-14.45 NS 3031 struktur og hovedprinsipper Kaffe 15.00-15.45 Spesielle emner: - varmetap i grunnen -soltilskudd - energi til ventilasjon siv.ing. Thor Lexow, prosjektleder Standard Norge Målsetting Kunnskap om Standard Norge og Norsk Standard Forstå oppbygning og prinsipper i NS 3031 Energikrav i yrkesbygg - krav til dokumentasjon Yrkesbygg - dynamiske beregning Spesielle emner: - soneinndeling - varmetap i grunnen -soltilskudd - energi til ventilasjon Privat og uavhengig medlemsorganisasjon Etablert i 2003, ca. 70 ansatte Drives etter prinsippet om non-profit Utvikler standarder på de fleste områder i samfunnet Fastsetter årlig ca. 1 200 nye Norsk Standard Norges medlem i CEN og ISO Pronorm AS er standardiseringens felles salgsselskap www.standard.no 1
Standarder hva er det? NS 3420 NS-EN ISO 14971 NS-EN ISO 8537 NS 9403 NS-EN ISO 8599 NS-EN 794-3 NS-EN 13221 NS-EN 1280-1 NS-EN ISO 9001 NS-EN ISO 10079-1 NS-EN ISO 7153-1 Hvor kommer alle standardene fra? Alle europeiske standarder (EN) blir fastsatt som Norsk Standard (NS-EN) eller Norsk Elektroteknisk Norm (NEK EN) Det er frivillig å fastsette internasjonale standarder (ISO/IEC) som Norsk Standard/Norsk Elektroteknisk Norm Over 97 % av alle Norsk Standard fastsatt i 2007 var av europeisk (NS-EN) eller internasjonal (NS-EN ISO eller NS-ISO) opprinnelse Ca. 30 % av alle europeiske standardiseringsprosjekter er mandaterte, dvs. knyttet til et EU-direktiv Hvorfor energiberegninger? Sikre bygninger med lavt energiforbruk som gjør: - at vi kan redusere vår avhengighet av levert energi - redusere vårt CO 2 -utslipp - gi en god driftsøkonomi for brukeren av bygningen 2
Direktiv og standarder Bygningsenergidirektivet Mandat CEN EN-standarder Nasjonalt Lov Forskrift Veiledning med nasjonale krav og metoder Norsk Standard Verktøy Nasjonal metode TEK 1997 NS 3031:1987 Varmeisolering Beregning av bygningers energi- og effektbehov til oppvarming og ventilasjon Nasjonal metode TEK 2007 NS 3031:2007 Beregning av bygningers energiytelse Metode og data Nytt ord? energiytelse mål på hvor effektivt energien produseres, distribueres, lagres, omformes og brukes, som også kan omfatte miljøbelastninger og kostnader 3
NS 3031 bygger på: reglene og metodene fra de europeiske standardene utfyller med nasjonale verdier og tar de nødvendige valgene som det åpnes for i de europeiske standardene så enkel som, mulig men samtidig nøyaktig nok Hva omfatter NS 3031? tre beregningsmetoder: - detaljbeskrivelse av månedsberegning - forenklede timeberegninger etter NS-EN ISO 13790 - andre validerte beregningsprogrammer systemgrensene er netto energi, levert energi og primær energibehov metode for beregning av primærenergi og CO 2 -utslipp omfatte ikke regler for beregning av U-verdier for bygningsdeler omfatte ikke effektbehovsberegninger NS 3031 - bruksområde: 1. dokumentere bygningers energibehov opp mot energirammer i teknisk forskrift (TEK) og energimerking av bygninger 2. optimalisere energibehovet til en ny bygning ved å bruke metoden på alternative løsninger 3. vurdere effekten av mulige energitiltak på eksisterende bygninger ved å beregne energibehovet med og uten energitiltak Egnet for dataverktøy forenklet timeberegning, eventuelt regneark for månedsberegninger 4
TEK '07 klimaskjerm Klimaskjerm U-verdi yttervegg: 0,18 W/(m 2 K) (NS-EN ISO 6946, 25 cm ) U-verdi tak: 0,13 W/(m 2 K) (NS-EN ISO 6946, 30-35 cm) U-verdi gulv på grunn og mot det fri: 0,15 W/(m 2 K) (NS-EN ISO 13370; 20-30 cm) U-verdi glass/ vinduer/dører: 1,2 W/(m 2 K) (NS-EN ISO 10077-1) Normalisert kuldebroverdi: 0,03 W/(m 2 K) for småhus 0,06 W/(m 2 K) for øvrige bygg Samlet glass-, vindus- og dørareal: 20% av oppvarmede BRA TEK '07 ventilasjon og infiltrasjon Klimaskjerm Lekkasjetall ved 50 Pa trykkforskjell (NS-EN 13829) : 2,5 luftvekslinger pr. time for småhus 1,5 luftvekslinger pr. time for øvrige bygg Installasjoner Årsmidlere temperaturvirkningsgrad for varmegjenvinner i ventilasjonsanlegg 70% (NS-EN 308 + energi til frostsikring) Spesifikk vifteeffekt i ventilasjonsanlegg (SFP): - boliger, dag/natt: 2,5 kw/(m 3 s) - næringsbygg, dag: 2 kw/(m 3 s) natt: 1 kw/(m 3 s) Forbrenningsvirkningsgrad: 90% Solskjerming og urstyring Automatisk utvendig solskjermingsutstyr eller andre tiltak for å oppfylle krav til termisk komfort uten bruk av lokalkjøling Natt- og helgesenking av innetemperatur for bygninger der det kan skilles mellom natt, dag og helgedrift: 19 C og 17 C for idrettsbygg. 5
TEK' 07 Minstekrav til energitiltak Yttervegg Tak Gulv Vindu Lekkasjetall 0,22 W/(m²K) 0,18 W/(m²K) 0,18 W/(m²K) 1,6 W/(m²K) 3,0 h -1 ca. 20 cm isolasjon ca. 25 cm isolasjon ca. 15-25 cm isolasjon 2-lags m/ argon og belegg - samlet for totalt glassareal. Krav til energiforsyning En vesentlig del av varmebehovet skal kunne dekkes med annen energiforsyning enn elektrisitet og/eller fossile brensler gjelder ikke bygninger med et særlig lavt varmebehov eller at det fører til merkostnader over bygningens livsløp men skal da ha skorstein og lukket ildsted for bruk av biobrensel (boliger under 50 m² BRA er unntatt) Gjelder ikke fritidsbolig under 150 m² BRA Flytskjema for energiforsyning 6
Innemiljø Bygning med installasjoner skal planlegges, prosjekteres, oppføres, vedlikeholdes og drives slik at innemiljøet oppleves tilfredsstillende (TEK 8-3). - Minimum vinter = 20ºC - Maksimum sommer = 26 ºC Overskridelse av den høyeste grense bør derfor kunne aksepteres i varme sommerperioder med utelufttemperaturer over den som overskrides med 50 timer i et normalår. Dette krever en simuleres med en dynamisk beregningmetode. Dokumentasjonsmetode Energitiltaksmodell Beregn varmetapstall før Energirammemodell Omfordeling av energitiltak Energiramme (bygningskategori og BRA) NB! Minstekrav til energitiltak NEI Beregn varmetapstall etter Varmetapstall etter varetapstall før Beregn netto energibehov Netto energibehov Rammekrav NEI JA Rapport JA passiv solvarme passiv kjøling naturlig ventilasjon dagslys Egenprodusert fornybar energi bidrag i prim.energi eller CO 2 varmebehov ventilasjonsbehov varmtvannsbehov belysningsbehov kjølebehov BYGNINGS- OG BRUKERKBEHOV 1 ENERGI- OG VARMESYSTEM 2 internt varmetilskudd systemtap Diverse elektrisk utstyr Energiomdanning CO2 -utslipp Energiomdanning Primærenergi 3 Netto energibehov Retning for energiberegning Levert energi (kjøpt energi) 2008-01-23 7
NS-EN 15603 Total energibruk - energivare til forbruk Varme Kjøling Ventilasjon Varmtvann Lys Annet Varme Kulde Elektrisitet Kjel VP Kogen. Sol PV Olje Gass Bio Kull Kraft Bygningens energiytelse NS-EN 15265 Kriterier Dynamisk metode NS 3031 Forenklet times metode Måneds metode Validerings test Modellering Grensebetingelser Soneinndeling NS-EN ISO Fullstendig 13790 metode Aggregerte Aggregerte timesdata månedsdata Preprosessering og biblioteker Bygningsdata, energisystemer, ITB, brukerbehov, klima 8
Inndata for beregning - tillegg standardiserte, veiledende og dokumenterbare 1. Bygningsspesifikke data Bygningstyper (Tabell 3) Varmegjennomgangskoeffisienter (må beregnes etter NS-EN ISO 6946) Kuldebroverdier (Tabell A.4) Solskjerming, solfaktor (Tillegg E, Tabell B.5) Luftlekkasjer (Tabell B.3) Varmekapasitet (Tabell B.4) 2. Installasjonsspesifikke data Varmegjenvinnerens virkningsgrad (Tillegg H) Systemvirkningsgrad varme og kjøl (Tabell B.9 - B.11) Vifter, SFP (Tabell B.1) Varmesystem og pumper, SPP (Tabell I.1) Varmetap fra varme- og varmtvannssystemet (Tabell A.2) Belysning (Tabell A.1) 3. Brukerspesifikke data Driftstider (Tabell A.3) Romtemperaturer (Tabell A.3) Luftmengder (Tabell A.6) Tilluftstemperaturer Varmt tappevann (Tabell A.1) Belysning (Tabell A.1) Varmetilskudd fra belysning, utstyr og personer (Tabell A.2) 4. Klimadata Utetemperatur (Tabell M.1) Stråling (Tabell M.2) Definisjoner oppvarmet bruksareal den delen av bruksarealet (BRA) etter NS 3940 som tilføres varme fra byggets varmesystem og er omsluttet av byggets klimaskjerm. Dvs bruttoareal minus yttervegger vinduer og dører For vinduer og dører skal det regnes med utvendig karmmål. 9
Arealer etter NS 3940 BTA BRA NTA BYA Volumer Oppvarmet luftvolum omfatter nettovolum av bygningen beregnet innenfor dens innvendige, omsluttende flater. Nettovolum er produktet av nettoarealet og høyden mellom gulvets overkant og underkant av overliggende dekkekonstruksjon eller nedforet himling. Forenklet kan volumet settes lik 90 % av bygningens samlede volum innenfor dens innvendige, omsluttende flater. Uoppvarmet areal f.eks boder, parkeringsgarasje, uinnredet kjeller og lignende, skal arealet bestemmes etter følgende regler: Arealet tas med som oppvarmet areal - rommet regnes å ha samme temperatur som tilliggende oppvarmede rom Arealet tas ikke med i oppvarmet areal - rommets varmemotstand tas med i beregningen av varmetapet for konstruksjonene som grenser mot rommet. 10
Eks. modell av bygning for varmegjennomgang NS-EN ISO 13789 virkelig modell vegg/tak NS-EN ISO 6946 vindu NS-EN ISO 10077 Del 1 & 2 dør kuldebroer NS-EN ISO 14683 NS-EN ISO 10211 varmetap i bakken NS-EN ISO 13370 Valg av beregningsmetode Når må dynamisk metode brukes komplekse bygninger (kontorbygg, universitet/høyskole, sykehus og forretningsbygg) bygninger med ventilasjonskjøling store glassarealer i klimaskjermen stor grad av dynamiske påvirkninger detaljert energibudsjett der det skilles mellom varme/kjøling på ventilasjon og rom simulere temperaturforløp ved dimensjonerende forhold for å vurdere termisk komfort, og å beregne nødvendig oppvarmings- og kjøleeffektbehov 11
Inndeling av bygningen i soner flerfunksjonsbygninger ulike tekniske installasjonssystemer som betjener forskjellige deler av bygningen ulike interne varmestilskudd i forskjellige deler av bygningen ulikt soltilskudd i forskjellige deler av bygningen Ulikt soltilskudd Når γ sol g t > 5 % skal bygningen deles opp i minst 3 beregningssoner γ sol er arealandel vinduer dører med utvendig karmmål per oppvarmet del av BRA g t er total solfaktor for kombinasjonen glass og solskjerming Varmetapstall transmisjon, ventilasjon og infiltrasjon transmisjonstap ventilasjonstap infiltrasjonstap kuldebro varmetap i grunnen 12
Varmetapstall pga transmisjon, ventilasjon og infiltrasjon Transmisjon gjennom uoppvarmet rom varmetapsfaktor Varmetapstallet = b U-verdi Areal [W/K] Typiske verdier for b finnes i tabell B.7 for - mot uoppvarmet loftsrom/ ventilert kaldt loft - mot ventilert garasje, småhus - mot ventilert vinterhage, atrium - mot ventilert men uoppvarmet parkeringskjeller -mot ventilert kryprom - mot uoppvarmet kjeller/kjellerrom Tillegg F (normativt) Varmetransport og solvarmetilskudd via uoppvarmet solrom 13
Beregning av energibehov til ventilasjon Beregning av energibehov til infiltrasjon Veiledende verdier for lekkasjetall 14
Varmetapsbudsjett Månedsstasjonær metode Netto energibehov til romoppvarming og ventilasjonsvarme Varmebehov = Varmetapet - utnyttbart varmetilskudd Netto energibehov til kjøling Kjølebehov = Varmetilskudd - utnyttbart varmetap Utnyttbart varmetilskudd/varmetap tar hensyn til byggets varmetreghet Utnyttingsfaktor ved månedsmetode 15
Varmetilskudd: solstråling belysning utstyr personer vifter gir redusert oppvarmingsbehov og kan gi kjølebehov Varmebalansen for et rom/sone Transmisjon Solstråling Belysning Ventilasjon Teknisk utstyr Personer Infiltrasjon Oppvarming Luftutveksling med andre rom Transmisjon til andre rom Matematisk modell for varmeutveksling i rommet t u t i 16
Forenklet timemetode (NS-EN ISO 13790) Crank-Nicholson metode Tilførsel Ventilasjon Luft Varme/kjøle Ute Transmisjon - glass Overflate Transmisjon - opak Varmetilskudd Termisk masse Operativ temperatur 5 modi for beregning av varme/kjøling for ved tidssteg 1. Oppvarmingsbehov større enn tilgjengelig effekt 2. Oppvarming dekket av varmesystemet Start > 3. Hverken varme eller kjølebehov 4. Kjøling dekket av kjølesystemet 5. Kjølebehovet større enn tilgjengelig kjøleeffekt 17
Ventilasjonsaggregat Gjenvinner prøvd etter NS-EN 308 Aggregat prøvd etter NS-EN 13141-7 Årsgjennomsnittlig virkningsgrad -10 C : Roterende varmegjenvinner eller kammergjenvinner 0 C : Plategjenvinner o.l. i andre bygninger enn boliger 5 C : Plategjenvinner o.l. i boliger, med optimal frostsikting 9 C : Plategjenvinner o.l. i boliger, med normal frostsikring 18
Varmetap Varmetilskudd fra sol Solskjermingsfaktor gitt i tabell E.6 19
Gjennomsnittlig total solfaktor Tabeller for persienner, screen og markiser Tidsvariabel for solskjerm av/på Vindu/glass uten solskjerming 20
NS-EN ISO 13370 Gulv mot grunnen Oppvarmet kjeller Uoppvarmet kjeller Vertikal og horisontal kantisolering for gulv på grunnen Varmetap i grunnen Basert på NS-EN ISO 13370 Basert på stasjonært og et dynamisk (periodisk) Årsmiddeltemperatur Amplitudevariasjonen, 11,2 ºC 21
Varmetap i grunnen Stasjonært Periodisk Lokalisering av kuldebroer etter NS-EN ISO 14683 Kuldebroer etter NS-EN ISO 14683 22
Totalt årlig energibehov: 8 760 Tillegg A Standardiserte inndata for kontrollberegning mot offentlige krav Effekt og energibehov 23
Internt varmetilskudd Klimadata To typer beregninger: 1. beregning etter standard referanseklima (Oslo, Blindern) tillegg M. Brukes for å dokumentere og sammenligne byggets energiytelse mot energikrav i forskrifter. 2. beregning etter lokalt klima Brukes for å dimensjonere og beregne reelt energibehov 24
Rapport: Netto energibudsjett Rapport: Levert energi til bygningen Rapport: Inndata 25
Valideringsstandarder NS-EN 15255 Beregning av følbar kjøleeffekt Generelle kriterier og valideringsprosedyrer NS-EN 15265 Beregning av bygningers energibehov til romoppvarming og -kjøling - Generelle kriterier og valideringsprosedyrer Fasit i NS-EN 15265 er basert på beregningsprogrammer case 5-12 1. Consoclim 2. Clim2000 3. EPBD hourly 4. TRNSYS IDMEC 5. ESP IDMEC 6. HAUSER KST 7. CAPSOL NS-EN 15265 Kriterier og valideringsprosedyrer for beregning av energibehov til varme og kjøling Valideringsstandard for dynamisk beregningsprogram Omfatter grensebetingelser og prosedyre for å validere dynamisk beregning av årlig energibruk til varme (inkludert ventilasjon) og kjøling. Omfatter 12 beregningssett med standardiserte klimadata (timesverdier fra -6,5 C til +31,1 C) 8 beregningssett er normative og et beregningsprogram kan valideres fra klasse A til C etter standarden der A ± 5%, B ± 10% og C ± 15%. 26
Minstekrav til nøyaktighet 8 beregningssett er normative og et beregningsprogram kan valideres fra klasse A til C etter standarden der A ± 5%, B ± 10% og C ± 15%. 27