Energitemaer Utgave: 2 Dato: 2017-05-11
Energitemaer 1 DOKUMENTINFORMASJON Oppdragsgiver: Rapporttittel: Energitemaer Utgave/dato: 2 / 11. mai. 2017 Arkivreferanse: - Oppdrag: 614015-01 Solenergi Kolbotn - Storebukta Oppdragsleder: Lars Bugge Fag: Energi og miljø Tema Energi og klima Skrevet av: Lars Bugge Kvalitetskontroll: Peter Bernhard www.asplanviak.no
Energitemaer 2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Innledning... 3 2 Ressurstilgang... 4 3 Solenergi generelt og på Storbukta... 5 4 Solenergi løsningsforslag... 8 5 Energibehov...12 6 Materialbruk...13
Energitemaer 3 1 INNLEDNING Solon Eiendom ASA planlegger utbygging av nye leilighetsbygg i Theodor Hansens vei / Solbråtanveien, (Storebukta) nær Kolbotn sentrum. På Storebukta planlegges 72 boenheter, i hovedsak blokkleieligheter, men også såkalte townhouses. Tomten er på ca 5,5 da og samlet boligareal (BRA-S) er på 6 700 kvm. Prosjektet følger den nylig vedtatte områdereguleringen. Alle leilighetene vil få gjennomgående god standard med vannbåren gulvvarme, ekstra god takhøyde og store vestvendte balkonger. Townhousene vil gå over tre plan med hage på begge sider av huset samt egen takterrasse i tredje etasje. Alle enhetene vil få differensierte fasader slik at husene ikke blir monotone. Fasademateriell vil være ulike former for treverk, stående og liggende samt enkelte hus i tegl. Områdereguleringsplan for Kolbotn sentrum ble vedtatt av Oppegård kommunstyre 27.03.2017. Dette notatet har til hensikt å svare ut områdereguleringsplanens 20.1 når det gjelder miljøvennlig materialbruk og energi: - «Miljøvennlig materialbruk og energivennlige tiltak. Det skal undersøkes og vises hvordan solenergi kan benyttes som supplerende kilde til oppvarming og energigenerering. - I detaljregulering skal tiltaket vises med materialvalg og plassering av eventuelle installasjoner på fasader og takflater.» Angitte kostnadstall er eksklusive mva. Figur 1: Situasjonsplan
Energitemaer 4 Figur 2: Illustrasjon av utbygging 2 RESSURSTILGANG Kilde Meteonorm Det er trukket 50 kwh/ m 2 for å ta hennsyn til tap pga. snø om vinteren. Solinnstråling Oslo (Meteonorm) Solinnstråling per år korrigert [kwh/m 2 /år] Solinnstråling per år [kwh/m2/år] Solinnstråling horisontal flate 855 905 Sør-10 943 993 Sørvest 20 961 1011 Sørvest 10 916 966 :
Energitemaer 5 3 SOLENERGI GENERELT OG PÅ STORBUKTA Solenergi kan omdannes til varme og el ved hjelp av ulike teknologier. Solvarme, produseres enten gjennom aktive eller passive løsninger. Aktive solvarmeanlegg handler om å anlegge solfangere som fanger opp solvarmen og mater denne inn i vann- eller luftbårne systemer for varmelagring og distribusjon. Passiv utnyttelse av solvarme skjer ved at varme fanges opp og lagres i ulike bygningskomponenter som har høy varmekapasitet, f.eks. betong. Utnyttelse av solenergi til el-produksjon skjer ved bruk av solceller. I de senere år har kostnadene for solcelleanlegg falt betydelig, og solceller kan mange steder konkurrere kostnadsmessig med mer tradisjonelle el-forsyningsløsninger. I Norge vil imidlertid solenergi (både solvarme og solstrøm) bare unntaksvis kunne konkurrere med el kjøpt fra nettet. En viktig forskjell på solstrøm og solvarme er også at solstrøm kan selges til nettet på de tider man produserer mer enn det man trenger for å dekke eget el-behov. Termisk solenergi Solfangere, som produserer varme, plasseres vanligvis på tak eller i fasader. God utnyttelse av solfangeranlegg fordrer imidlertid at det er sammenfall i tid mellom produksjon og behov. I de fleste tilfeller produsseres mye varme midt på dagen, og mest i sommerhalvåret, når behovene ikke er så store. Av denne årsak velges ofte å bygge inn varmelagere av ulike typer. En mulighet er å bruke store felles akkumuleringstanker. Alternativt, i kombinasjon med grunnvarme kan man sesonglagre varmen, og dermed utnytte en større andel. Solfangere produserer typisk 200-400 kwh/m 2 år. Lønnsomheten er i stor grad avhengig av muligheten for å få avsetning for all produsert varme, og varierer også mht. type solfanger, temperaturnivå og orientering og dimensjonering av akkumulatortanken. Parkeringsplasser, gangvei og generelt veidekke er også mulige overflater som kan tas i bruk for å utnytte solfanger for termisk energiproduksjon. Slike anlegg blir gjerne benyttet for å akkumulere varme om sommeren via et energilager (f.eks. energibrønner), mens det om vinteren utnyttes lagret varme til å holde dekket isfritt. Anlegg med solfangere produserer i prinsippet energi til lavere kostnader enn solceller. Men solfangere krever relativt omfattende anlegg for distribusjon og lager, pluss kostnader for integrasjon med varmeanlegget for øvrig. Dette innebærer tilleggskostnader utover solfangeranlegget isolert sett. I tillegg vil solvarme kreve en en del driftskostnader først og fremst til vedlikehold og oppfølging. Den nye bebyggelsen på Storbukta vil knyttes til Hafslund Varme sitt fjernvarmeanlegg. Dermed er en robust og langt på vei fornybar løsning valgt for selve varmeforsyningen. Siden solvarme da vil dubblere oppdekning av varmebehov, og fordi solstrøm og solvarme begynner å nærme seg hverandre kostnadsmessig, har vi i dette notatet valgt å fokusere på solstrøm, altså anlegg som benytter solceller. Solceller Solceller, eller Photovoltaic (PV) systemer som de også kalles, produserer elektrisk likestrøm (DC) fra sollys. Ved hjelp av vekselrettere omdannes denne til vekselstrøm (AC), som igjen
Energitemaer 6 kan forsyne elektrisk energi til tradisjonelle elektriske behov, samt også forsyne strømnettet. Energimengde som produseres via et slikt system, avhenger av innstrålt mengde sol, orientering av solcellepaneler samt tilgjengelig solcelleareal. Det finnes ulike type solceller, med ulik evne til å omforme energien i sollyset til elektrisitet (virkningsgrad, η el). Monokrystallinske solceller: η el = 18-22 % Polykristallinske solceller η el = opp til 16-17% Tynnfilm solceller: η el = 8-16 % Solceller monteres gjerne på tak og vegger, men kan også integreres i fasader. For utnyttelse av solceller vil faktorer som utforming av tak, skyggeforhold, vindforhold, takbelastning samt solenergiutnyttelse vurderes. For å oppnå høyest mulig el-produksjon per installerte Wpeak må solcellemodulene monteres med ca. 40-45 helning mot sør. Men dette ville medføre behov for stor avstand mellom radene på solcellene da solen står lavt på himmelen (høst/vår/vinter) og dermed dårlig utnyttelse av takarealene for el-produksjon. I tillegg vil en slik montasje kunne utsettes for store vindbelastninger, spesielt med vind fra nord. Størst utnyttelse av solceller per takareal (kwh el/m 2 ) vil i utgangspunktet et aerodynamisk montasjesystem mot øst/vest anbefales. Helningsvinkelen på solcelleanlegget vil da være om lag 10, noe som betraktelig reduserer vindlasten på anlegget. Disse systemene er utformet slik at vinden presser panelet ned mot takdekket, i motsetning til paneler med stor helningsvinkel som må ha ballast for å unngå løft. I tilfeller hvor takarealet er stort i forhold til ønsket elproduksjon vil en orientering mot sør være mer hensiktsmessig enn mot øst/vest. En vil da få en høyere energiproduksjon pr installert effekt av solcellepaneler (kwh/w peak). I utgangspunktet er Storbukta-området relaivt velegnet for utnyttelse av solenergi. Den planlagte bebyggelsen vender seg mot sør, og det er ikke annen bebyggelse som vil skape skyggeeffekter. Likevel, valgte arkitektoniske løsninger gir noen begrensniner mht. optimal utnytelse av solenergi. Trær og annen vegitasjon sør på tomten vil imidlertid kunne gi skyggeeffekter på fasadene på townhous ene som planlegges her. Montasjesystemer for solcelleanlegg på flate tak For å oppnå høyest mulig el-produksjon per installert W p må solcellemodulene i Oslo monteres med ca. 40-45 helning mot sør. Denne utformingen medfører flere ulemper. Avstanden mellom radene med solcellemoduler må være stor for å unngå skygge i måneder når solen står lavt på himmelen. Dette medfører lav utnyttelse av tilgjengelig takareal og dermed lav elproduksjon regnet i kwh/m 2 takareal. I tillegg er slike anlegg utsatt for store vindkrefter. Dette gjelder særlig i perioder med vind fra nord. For å unngå dette har man to valgmuligheter. Enten kan anlegget skrues fast mot bygget, noe som medfører økt risiko for lekkasjer. Alternativt kan det benyttes ballast for å fiksere anlegget. Typisk ballast i Oslo er på ca. 150-250 kg per m 2 takareal. Figur 3 viser et «tradisjonelt» montert solcelleanlegg på flatt tak.
Energitemaer 7 Figur 3: Tradisjonell montasjesystem for flate tak. Kilde: Getek AS For et optimalisert solcelleanlegg benyttes lavere helningsvinkel og et såkalt «aerodynamisk» montasjesystem. Avhengig av valgt helningsvinkel blir solcelleanlegget kun ca. 0,3-0,5 meter høyt og vindkreftene reduseres betydelig. Byggets utforming tillater flere alternativer for hvordan solcellemodulene kan plasseres på taket. For å unngå ovennevnte ulemper er det vurdert flere alternative montasjeløsninger. Alternativ A: Orientering mot sør og helningsvinkel på 10 Alternativ B: Orientering mot øst og vest og helningvinkel på 10. For alternativ A er det vurdert såkalte «aerodynamiske montasjesystemer» som er hektet sammen med gjennomgående skinner. På denne måten kan nødvendig ballast reduseres til et minimum. Med aerodynamiske systemer menes at de er utformet slik at vinden ledes over panelene fra begge sider. Dermed presser vinden modulene ned på taket istedenfor å løfte dem opp. For å oppnå dette monters en liten plate på baksiden av modulene. Med slike aerodynamiske systemer kan man unngå å penetrere takmembranen og likevel oppnå lav taklast. Det er vanlig å kombinere aerodynamiske systemer med noe ballast. Ballasten, som typisk består av betongsteiner, kan legges på montasjeskinnene under solcellepanelene. Dermed er ballasten ikke synlig og i tillegg skjermet for forvitring. Det finnes montasjesystemer med 10 og 20 helningsvinkel. Figur 4 viser et montasjesystem fra Knubix GmbH med 20 helningsvinkel. Figur 4: Aerodynamisk montasjesystem SR 100/20 fra Knubix.
Energitemaer 8 Orientering mot øst og vest, dvs. alternativ B, gir høyere elproduksjon i forhold til tilgjengelig takareal. Ulempen med slike systemer er at spesifikk el-produksjon, dvs. kwh/w p er lavere enn for alternativ A. Dersom tilgjengelig takareal er stort i forhold til ønsket elproduksjon er alternativ A å fortrekke. I tilfeller hvor anlegget skal produsere mest mulig elektrisitet på et gitt takareal er alternativ B gunstigere. Figur 5 viser et montasjesystem med øst-vest orientering. Figur 5: Montasjesystem for solceller med øst-vest orientering 4 SOLENERGI LØSNINGSFORSLAG I forbindelse med utbyggingen på Storebukta er det først og fremst takarealene som er aktuelle for solceller. Fasadene kan i prinsippet også benyttes, men disse er valgt bort enten fordi tilgjengelige fasadearealer er benyttet som balkonger, har ugunstig orientering i forhold til solinnstråling eller har for lite samlet areal. For town hous ene i sør vil også trær på sikt skape ugunstige skyggevirkninger. Tilgjengelige takarealer er vist i figur 6. Takflatene som ikke er anvist benyttes enten som takterasser, eller utgjør såkalte grønne tak som er gunstig bl.a. for håndtering av overvann. Solcelleanlegget må tilpasses annet utstyr og byggtekniske installasjoner som er på tak og ved byggene. På denne bakgrunn må løsningsforslagene vist i dette notatet sees på som illustrasjoner som eventuelt må tilpasses når bygningene prosjekteres. Følgende forutsetninger er lagt til grunn for beregning av solcellearealer: Gang- og sikkerhetssone langs gesims på ca. 1 meter bredde. For boligblokkene (areal 1 og 2) vil det være behov for å bruke ca 20% av takarealene til ventilasjonsanlegg og andre VVS-installasjoner.
Energitemaer 9 Figur 6: Plassering og tilgjengelig areal for solcelleanlegg Tabell 1 viser takarealer som er tilgjengelig for utrustning med solceller: Tabell 1: Oversikt over tilgjengelige takarealer og mulig solcelleareal Bygg Funksjon Brutto takareal Egnet for PV Alternativ A: 20 grad sør Alternativ B: 10 grad Øst-Vest Utnyttelsesgrad Mulig PV-areal Utnyttelsesgrad Mulig PV-areal [m2] [m2] [%] [m2] [%] [m2] 1 Boligbokk 420 400 40 160 80 320 2 Boligblokk 175 175 40 70 80 140 3,4,5,6,7 Rekkehuss 137 137 40 55 80 110 8,9 Rekkehuss 66 66 40 26 80 53 SUM 798 778 311 622 Vi har lagt til grunn ulike løsninger/utforminger av solcelleanleggene, og anslått årlig elproduksjon og kostnader for disse: Alt. A: Solceller med orientering mot sørvest og helningsvinkel på 20. Alt. B: Solceller med øst/vest montasjesystem. Bruk av standard krystallinske solceller gir det beste kost/nytteforhold. Dersom det er ønskelig kan disse erstattes med høyeffektive monokrystalinske solceller. Dette vil kunne øke elproduksjon på samme areal med ca. 20%. Samtidig vil kostnader øke med ca. 30-40%. På denne bakgrunn har vi valgt å se bort fra høyeffektive cellene.
Energitemaer 10 Solcelleanlegg alternativ A Solceller: Helningsvinkel: Orientering: Krystallinske solceller 20 grad Sørvest Areal per modul [m 2 ]: 1,6 Inst. effekt per modul [W p ] 275 Tapsfaktor 0,85 Tabellen 2 viser antall moduler, installert effekt, årlig produksjon og kostnader for et anlegg tilpasset de aktuelle takarealer: Tabell 2: Oversikt over de viktigste paramertre for et solcelleanlegg med helningsvinkel på 20 og orientering mot sørvest. PV moduler [Antall] Innst. effekt [ kw p ] Investering [NOK] El-produksjon [kwh/år] Spesifikk elproduksjon [kwh/kw p ] 1 100 28 409 750 22 000 2 44 12 179 266 10 000 3,4,5,6,7 34 9 140 339 8 000 8,9 17 5 67 609 4 000 SUM 195 53 797 000 44 000 823 Solcelleanlegg alternativ B Solceller: Helningsvinkel: Orientering: Krystalinske solceller 10 grad Øst-Vest Areal per modul [m 2 ]: 1,6 Inst. effekt per modul [W p ] 275 Tapsfaktor 0,85 Tabell 3 viser antall moduler, installert effekt, årlig produksjon og kostnader for et anlegg tilpasset de aktuelle takarealer: Tabell 3: Oversikt over de viktigste paramertre for et solcelleanlegg med øst-vest orientering 10 helningsvinkel. PV moduler [Antall] Innst. effekt [ kw p ] Investering [NOK] El-produksjon [kwh/år] Spesifikk elproduksjon [kwh/kw p ] 1 200 55 819 500 40 000 2 88 24 358 531 17 000 3,4,5,6,7 69 19 280 679 14 000 8,9 33 9 135 218 7 000 SUM 389 107 1 594 000 78 000 729 Vår vurdering/anbefaling vil være å kombinere de to alternativene, slik at man benytter solceller rettet mot sørvest på taket av blokkene (takflatene 1 og 2) samtidig som takene utformes som pulttak med ca. 10 helning mot sørvest. Dermes kan spesifik ytelse økes samtidid som arealutnytelse kan økes til ca. 90%. Evt. kan det gi mulighet til å plassere nødvendige tekniske installasjoner under taket. Ulempen er at gesimshøyde mot nordøst vil øke noe. På tilgjengelige takarealer for town-house takene (PV-areal 3-9) forslås øst/vest
Energitemaer 11 orienterte solcelleanlegg., Prinsipielt vil en tilsvarende løsning med pulttak med 10 helning mot sør-øst og vil være positiv mht utnyttelse av solenergi. Figur 7 viser eksempelvis et bygnigintegrert solcelleanlegg i skråtak. Figur 7: Bygningintegrert solcelleanlegg i skråtak Tabell 4 viser at PV areal kan økes med ca. 10% til 680 m 2 dersom man velger et pulttak. Tabell 4: Mulig PV areal med pulttak for PV-areal 1 og 2. Bygg Funksjon Brutto takareal Egnet for PV Alternativ C: 10 grad sør Alternativ C: 10 grad Øst-Vest Utnyttelsesgrad Mulig PV-areal Utnyttelsesgrad Mulig PV-areal [m2] [m2] [%] [m2] [%] [m2] 1 Boligbokk 420 400 90 360 2 Boligblokk 175 175 90 158 3,4,5,6,7 Rekkehuss 137 137 0 80 110 8,9 Rekkehuss 66 66 0 80 53 SUM 798 778 518 162 Tabell 5 viser at el-produksjon kan økes fra 78 000 kwh/år for alternativ B til 94 000 kwh/år ved å velge et pulttak for boligblokkene, dvs. tak 1 og tak 2. Tabell 5: Oversikt over de viktigste paramertre for et solcelleanlegg med øst-vest orientering på Town-house takene og pulttak på boligblokkene PV moduler [Antall] Innst. effekt [ kw p ] Investering [NOK] El-produksjon [kwh/år] Spesifikk elproduksjon [kwh/kw p ] 1 225 62 921 938 51 000 2 98 27 403 348 22 000 3,4,5,6,7 69 19 280 679 14 000 8,9 33 9 135 218 7 000 SUM 425 117 1 741 000 94 000 804
Energitemaer 12 Våre beregninger viser at man med en investering i solceller på 1,8 MNOK vil kunne oppnå en samlet årsproduksjon på ca. 94 000 kwh. Dermed tilsvarer lokal elproduksjon ca. 14 kwh/m 2 BRA. Dersom man beholder flate tak på boliblokkene vil en investering på ca. 1,6 MNOK kunne kunne oppnå en samlet årsproduksjon på ca. 78 000 kwh.( 11,6 kwh/m 2 BRA) 5 ENERGIBEHOV Direktoratet for byggkvalitet (DiBK) har lagt ut på høring et forslag til endringer i teknisk forskrift. De nye forskriftene (TEK17) skal etter planen tre i kraft 1. juli 2017. Forslaget har vært på høring og frist for innlevering av høringssvar var 10. februar 2017. Når det gjelder energi, ble TEK 10 revidert 1. juli 2016. Vår forståelse er at disse (reviderte) bestemmelsene som vil bli videreført i nye TEK17, og det er disse vi legger til grunn for videre planlegging av utbyggingen på Storebukta. Dette betyr at totalt netto energibehov for byggene ikke skal overstige energirammene vist i tabell Tabell 6. Det kan nevnes at de nye forskriftene tillater å å øke energirammen med 10 kwh/m 2 BRA dersom produksjon av solstrøm er lik eller større enn 20 kwh/m 2 BRA. Tabell 6: Netto energibehov iht. TEK 17 for ulike bygningskategorier I tillegg gjelder noen minimumskrav til U-verdier i gulv, vegger og tak mm, jf 14.3 i TEK10.
tonn CO2-ekv over lisvløpet (60 år) Energitemaer 13 Den nye bebyggelsen på Storebukta vil i hovedsak forholde seg til minimumskravene i TEK10. Siden vi foreløpig ikke påbegynt prosjekteringsfasen er ikke konkrete energibehov beregnet. Gitt et areal på 6 700 kvm, og enhetsforbruk som for boligblokk på all bebyggelse, representerer dett et samlet energibehov (elektisitet og varme) på 636 500 kwh/år. Et solcelleanlegg som årlig produserer 80 000 kwh, vil da kunne dekke om lag 12-13% av det samlede energibehovet den nye bebyggelsen vil kreve. 6 MATERIALBRUK Valg av materialer, men også materialbehov og dermed design av bygg, påvirker miljøet på flere måter. Energi forbrukes ved produksjon og transport av materialer, og utslippet fra dette energiforbruket er grovt sett av samme størrelsesorden som utslippet knyttet til drift av bygget i 50-60 år. Nettopp ved å legge energi og utslipp blant valgkriteriene når materialer velges, kan man i stor grad også påvirke byggets miljøprestasjoner. Figur 8: er laget i forbindelse med oppføring av nytt administrasjonsbygg på Høyskolen i Hedmark, Campus Evenstad. Søylen til høyre viser hvor langt ned i klimagassutslipp man kan komme ved å bygge energieffektivt og samtidig med bruk av massivtre, målt opp mot et mer tradisjonelt referansebygg. 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0 Utslipp referansebygget Utslipp forprosjekt før kompensering Energi i drift TEK10 Byggefasen (C) Materialer (Mb + Mt) Figur 8: Klimagassutslipp for Campus Evenstad og tilsvarende referansebygg Leverandørene til byggebransjen utviklet en flora av produkter som i større eller mindre grad inneholder helseskadelige stoffer. En del slike produkter har mangelfull eller ingen informasjon knyttet f.eks. til kjemisk sammensetning. Moderne byggeteknikk innebærer bruk av flere typer lim, fugemasser, tettingsskum o.l. enn før. En del slike anvendelser er nødvendige, mens andre erstatter mer tidkrevende arbeidsprosesser som f.eks. belistning.
Energitemaer 14 I de senere år har byggebransjen innarbeidet bruk av flere felles systemer og hjelpemidler som verktøy for å gjøre materialvalg mer miljøvennlige. Den såkalte «A20-listen» er en oversikt over de mest helse-og miljøfarlige stoffene ut over forbudte stoffer. Listen er basert på Miljødirektoratets utvalg av verstingstoffer. Vi søker aktivt å ta hensyn til A20-listen ved gjennomføring av våre prosjekter. Det må bl.a. foreligge dokumentasjon på at produkter innen utvalgte produktgrupper ikke har innhold av stoffene fra A20-listen, før enkelte materialtyper kan benyttes. A20 - teknisk sjekkliste: http://productxchange.com/wp-content/uploads/2015/10/teknisksjekkliste-a20-milj%c3%b8giftslisten.pdf En EPD (Environmental Product Declaration, eller på norsk miljødeklarasjon) er et kortfattet dokument som oppsummerer miljøprofilen til f.eks et produkt på en standardisert og objektiv måte. På utvalgte produkter er det normalt å kreve EPD fra leverandørene, kanskje særlig der sammensetning av kjemikalier ol. tilsier det.