Fremtidens bebyggelse - et svar på klimautfordringene?

Fremtidens bebyggelse - et svar på klimautfordringene? Anne Grete Hestnes Professor, Fakultet for arkitektur og billedkunst Faglig leder, Centre on Zero Emission Buildings

Innhold Klimanøytrale bygg: -hvorfor -hva - hvordan Arkitektoniske konsekvenser Noen eksempler Konklusjoner Solar Ship, Freiburg. Arkitekt: R.Disch

Hvorfor: Klimaendringene +++ Hundreds gather to protest global warming

Reduserte klimagassutslipp World abatement of energy related CO 2 emissions in the 450 Scenario:

Dvs. Nulllutslippsbygg Hvorfor: Bygninger forårsaker ca 40 % av alle klimagassutslipp (i et globalt og europeisk perspektiv). FNs klimapanel viser til at klimatiltak i byggsektoren er de mest lønnsomme (sammenlignet med de andre viktige sektorene).

Hvor er det lønnsomt å ta kuttene? Kostnader ved ulike klimatiltak i Europa, 2030. Kilde: McKinsey (2009) 6

Hvor er det mest lønnsomt å ta kuttene? Globalt representerer bygninger sektoren med størst potensial for klimagassreduksjoner, til lavest pris. Figuren viser økonomisk potensial for årlige reduksjoner under 100 US$ per tonn CO 2 -ekv. Kilde: IPCC: 2007. Mitigation of Climate Change

EU på vei mot nullutslipp EUs 20-20-20 mål i 2020: 20 % energy efficiency 20 % new renewables 20 % GHG reduction EPBD Recast: Nearly zero energy buildings innen 2020 8

Hvor er vi: State-of-the-art - ny bolig Passivhus Løvåshagen Beregnet behov for levert/kjøpt energi: 65 kwh/m2år (ca 50 % av boliger bygget etter TEK07).

State-of-the-art - rehabilitering av boliger Myhrerenga borettslag, Oslo 168 leiligheter rehabiliteres til passivhus standard. Energibruk før/etter: 280/80 kwh/m 2 år Reduserer CO 2 utslippet med 730 tonn i året! Før og etter Illustrasjon: Arkitektskap

State-of-the-art - rehabilitering av boliger Myhrerenga borettslag, Oslo Kostnader: Total investering: 74.5 MNOK Merkostnader sammenliknet med fasaderenovering: 20.7 MNOK Støtte fra Enova: 6.4 MNOK Netto merkostnad: 14.3 MNOK Rehabilitering til passivhusnivå resulterer i en 10% reduksjon i månedlig husleie sammenliknet med husleien etter en ren fasaderehabilitering.

State-of-the-art - nye bygg Storøya Barnehage, Bærum Passivhus-standard - Superisolert og tett - Høyeffektiv varmegjenvinning - Behovsstyring - Solfangere - Forenklet varmesystem Beregnet levert energi: ~ 65 kwh/m 2 år Foto:Bærum Kommune Bellona-bygget, Oslo Energimerke A - Høyisolert og tett - Høyeffektiv varmegjenvinning - Behovsstyring - Termisk masse - Solfangere, grunnvarmepumpe og fjernvarme Beregnet levert energi: ~ 69 kwh/m 2 år LPO Arkitekter

State-of-the-art - nye næringsbygg Sparebank 1, Midt-Norge, Trondheim Beregnet levert energi: ~ 102 kwh/m 2 år Ferdigstilt 2010. Illustrasjon: Agraff.AS Prof. Brocks gate 2, Trondheim Beregnet levert energi: ~ 94 kwh/m 2 år Ferdigstilt 2009 Illustrasjon: PKA Arkitekter

Hvor går vi? Lavenergiutvalgets rapport, august 2009: Anbefalt forhåndsannonsert trinnvis skjerping. Skjematisk framstilling av hvordan man trinnvis kan skjerpe energikravene fra TEK08-nivå til nullenerginivå i 2027. Kilde: Lavenergiutvalgets rapport, 2009

Klimagassutslipp fra norske bygg Energibruken i den norske byggsektoren utgjør omlag 80 TWh per år. Av denne energibruken er ca 80 % basert på elektrisitet. Klimagassutslippene knyttet til elektrisitetsproduksjon i Norge er svært lave, noe som tilskrives at tilnærmet hele produksjonen er vannkraftbasert. Klimaeffekten av frigjort elektrisitet ved energieffektivisering skiller seg ikke fra effekten av å erstatte elektrisitetsforbruk med eksempelvis biobrensler, eller effekten av ny elektrisitet ved produksjon av vindkraft. Ny elektrisitet fra gasskraftverk med CO 2 -behandling (rensing, lagring), gir økte klimagassutslipp innenlands.

Effekten av redusert energibruk Potensial for reduksjon av nasjonale klimagassutslipp ved betydelig energieffektivisering mot 2020: Effekt av energieffektivisering Fordeling av sparepotensial (12,2 TWh) Reduserte CO 2 utslipp per år i 2020 Elektrifisering av personbilparken 1 TWh 1,2 millioner tonn Elektrifisering av offhore virksomheten 5,4 TWh 3,2 millioner tonn Utfasing av oljefyring 5 TWh 1,3 millioner tonn Mindre behov for fjernvarme 0,8 TWh 0,2 millioner tonn Sum 12,2 TWh 6 millioner tonn

Nullutslippsbygg på vei inn i nasjonale krav/målsetninger Kilde figur: Karsten Voss, Wuppertal University.

Hva betyr null? Kilde: I.Sartori

Hva gjør vi: FME- senteret ZEB (Zero Emission Buildings) Fakultet for arkitektur og billedkunst ved NTNU er vertskap for et nasjonalt forskningssenter som vil plassere Norge i front innen forskning, innovasjon og implementering mht bygninger med svært lavt energibehov og uten netto klimabelastninger. Senteret er ett av åtte forskningssenter som i februar 2009 fikk status som forskningssenter for miljøvennlig energi (FME). Etableringen av sentrene er en direkte følge av klimaforliket på Stortinget i februar 2008.

Vårt mål/vår definisjon: Utvikle produkter og løsninger for eksisterende og nye bygninger, boliger så vel som næringsbygg, som vil lede til markedsgjennombrudd for bygninger med null klimagassutslipp knyttet til produksjon, drift, og avhending. En verden hvor bygninger ikke bidrar med klimagassutslipp ZEB

Vår utfordring Kompensere klimagassutslipp fra produksjon av materialer og bygg ved å produsere mer energi enn bygget behøver til drift. NFE-T: Ny fornybar energi til termisk behov Kilde: Tor Helge Dokka, SINTEF

Redusert energibruk + energiproduksjon Og svaret bør i de fleste tilfeller være lokal produksjon på eller i nærheten av bygget. Jernbanestasjon, Berlin. Foto: Hestnes. Preikestolhytta. Arkitekt: Helen&Hard

Vår strategi: Den mest miljøvennlige kilowatttimen er den som ikke blir brukt! Tilført energi Fornybar energi Energistyring Energigjenvinning Energireduksjon Modifikasjon av YITs energinøytrale pyramide

Første skritt redusert behov Dvs. minst lavenergi og passivhus Ladeveien 20, Oslo. Foto: Stein Stoknes Passive boliger i Nederland og i Norge Kilde: SINTEF

Passivhus - Løvåshagen Prosjektet har vist at ved å legge ressursene og omtanken på rett sted, og ved å ta de rette grepene, er det mulig å bygge fremtidsrettede boliger til om lag samme pris som dagens boliger. Sitat arkitekten (Jan Haaland)

Neste skritt energiproduksjon (fornybar energi) Miljøbelastning ved bruk av ulike energikilder: UTSLIPP [CO 2 ] FRA ULIKE ENERGIKILDER Gram CO2 pr. levert kwh energi 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Sol Bio Elektrisitet, vannkraft Fjernvarme (landssnitt) Varmepumpe, el fra gass uten CO2 fangst LNG Gass direkte bruk Fyringsolje, propan etc. Elektrisitet, via gasskraft uten CO2 fangst Kilde: Tore Wigenstad, SINTEF

Termiske solenergianlegg I hovedsak for varmtvann.. og kanskje for kjøling Tyrkia Tyskland Bygningsintegrasjon = bedre lønnsomhet! Norge Illustrasjon: Maria-Cristina Munari-Probst

Kjøling også i Norge Eksempel: Venstres Hus Effekten på oppvarmingsbehov (HDH) og kjølebehov (CDH) av ulike rehabiliteringsnivå Kilde: Luca Finocchiaro, NTNU

Og solceller: Fremtidens bygninger vil ha et betydelig mindre behov for tilført energi. Men, de vil fremdeles ha noe behov for energi til belysning og til å drive vifter, pumper, og annet utstyr. Dvs. fremtidens bygninger vil i all hovedsak ha behov for elektrisitet! Og igjen, bygningsintegrasjon

Vind Urban turbines Vindmøller plassert på taket av en boligblokk i Chicago. Arkitekt: Helmut Jahn Slike installasjoner krever relativt høye bygninger og en gjennomsnitts vindhastighet over 4 m/s. Altså noe begrensede bruksmuligheter. Kilde: Karsten Voss, Wuppertal University

Bioenergi - riktig å bruke til oppvarming av bygninger? - lokal forurensing? - stort nok varmebehov? - i kraft/varme-anlegg - i fjernvarmeanlegg - hvis tett bebyggelse/mange brukere/stort behov (ref. diskusjonen om fjernvarme vs lavenergibygg)

Klimagassutslipp fra produksjon av materialer og bygg må også minimeres. I alle tilfeller livsløpsbetraktninger ved materialvalg - dvs. fra vugge til grav : energiinnhold i materialene (produksjon av byggevarer, transport av byggevarer, byggevirksomhet) Laftehus, Sverresborg Folkemuseum Kilde: A.S.Nordby, NTNU materialenes effekt på energibruk i driftsfasen gjenbruk Klosterenga, Oslo Kilde: GASA Arkitekter

CO 2 -utslipp i driftsfasen - i stor grad avhengig av valg av CO 2 faktorer! 60 Klimagassutslipp for alle prosjektene 50 [kg CO 2 /m 2 /år] 40 30 20 10 EL lav, FV lav EL høy, FV høy 0 Kilde: I.Andresen, SINTEF

Nullutslipp: Arkitektoniske konsekvenser Zero Energy Buildings are designed to perform well, be comfortable, require only standard maintenance, and look no different than ordinary buildings. Sitat: NREL/U.S.DOE TULL! Nullutslippsbygg kan ha mange arkitektoniske uttrykk og gir mange arkitektoniske muligheter! Arkitekt: Coop Himmelblau Kilde: Klaudia Farkas, NTNU

Arkitektoniske konsekvenser Det som ser grønt ut er ikke alltid det grønneste. Canadian Green Home : 65% reduksjon i energibruk til drift 33% reduksjon i energibruk til produksjon (inkl. energiinnholdet i materialene) 73% reduksjon i vannforbruk (kjøpt) 99% reduksjon i bruk av kjemikalier som påvirker osonlaget 98% reduksjon i avfall

Så hva med grønne tak? På pluss-siden: Vegetasjon på tak som erstatning for hager og parker Vegetasjon på tak som karbonlager Redusert avrenning På minussiden: Hvite/lyse tak reflekterer mer innstrålt energi (Ref. diskusjonen om avskoging som klimatiltak) Potensielt større urban heat island effect Dvs. svaret er ikke enkelt!

Arkitektoniske konsekvenser Fokus på energibruk kan ha en negativ effekt. Jfr. historien (forrige århundre!): - ingeniørjuletre - for de spesielt interesserte - for de som ikke er ordentlige arkitekter (Sagt av en prominent norsk arkitekt til nybakte arkitektstudenter) Forsinket utviklingen av de gode løsningene.

Arkitektoniske konsekvenser Dagens situasjon er en annen! Passivhus = kassehus Men enklere former gjør det lettere å nå målene. Kilde: Ecobox Kilde: Inger Andresen, NTNU

Arkitektoniske konsekvenser Dagens situasjon er en annen! Men høyere bygninger kan få problemer med tilstrekkelig takflate til energiproduksjon (solfangere og solceller). Bruk av fasader kan være løsningen spesielt på våre breddegrader - men krever soning for sol!

Arkitektoniske konsekvenser Alternativ til fasader kan være overdekninger over atrier, uteplasser,... Gemeindezentrum Ludes, Østerrike Arkitekt: Herman Kaufmann - og parkeringsplasser! Kilde: Klaudia Farkas, NTNU

Større installasjoner Bebyggelsen som kraftverk? Jernbanestasjon, Berlin Airports are typically large, isolated, shadefree structures that are visited by millions of people every year presenting the perfect platform for PV both in terms of available solar resource and for awareness raising of the technology with the public. Ricardo Rüther, REfocus July 2005 Florianopolis Airport, Brazil

Nullutslipp kontor- og fabrikkbygning Solarfabrik, Freiburg (2001) Naturlig ventilasjon CHP med rapsolje Solceller Kilde: Karsten Voss, Wuppertal University architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

Nullutslipp kontorbygg National Renewable Energy Lab Research Support Facilities (RSF) Kilde: RNL Design/ Shanti Pless, NREL architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

Nullutslipp kontorbygg Marché International Support Office, Zürich Kilde: Beat Kämpfen, Arkitekt architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

Nullutslipp boliger Solar Settlement Freiburg, Tyskland Freiburg et flott eksempel på god planlegging: - bygninger - transport - avfall - - Arkitekt: Rolf Disch Kilde: Karsten Voss architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

Nullutslipp boliger VELFAC s Active house, Lystrup, Danmark - solceller - solfangere - passiv solvarme (energioptimale vinduer) - varmepumpe - naturlig ventilasjon - mekanisk ventilasjon - solavskjerming - avansert styring www.velfac.dk architecture: Rolf & Hotz, Freiburg energy design: Stahl & Weiss, Freiburg

VELFAC s Active house

Nullutslipp - kontorbygg Green Lighthouse - Danmarks første offentlige CO 2 nøytrale byggeri Byggherre: Videnskabsministeriet Bruker: Københavns Universitet Totalentreprenør: Hellerup Byg Arkitekt: Christensen og Co. Arkitekter A/S Ingeniør: COWI Størrelse: 950 m 2 Byggeår: 2008-2009 Pris: 37 mill. DKK www.velfac.dk

Green Lighthouse www.velfac.dk

Hva må gjøres: Vi må redusere energibehovet til et minimum (passivhus osv.). Vi må bruke ren, fornybar energi til å dekke det resterende behovet for varme og/eller kjøling. Vi må bruke fornybar energi til å dekke behovet for elektrisitet. Vi må vurdere materialbruken. Vi må se på sammenhengen mellom bygninger og transport.

Framtidig fokus Helhet, kretsløp, sammenhenger Smart grids - mellom bebyggelse, transport, og industri - mellom bygning, system, og bruker - både elektrisitet og varme/kulde - feed-in tariffs!!! Miljø Arkitektur -CO 2 utslipp i stedet for bare energi - dvs. arkitektonisk fremragende løsninger Arkitektur kan være et godt virkemiddel for å få til en ønsket utvikling og et viktig redskap for å møte klimautfordringen. Sitat Stein Stoknes, Ecobox

Solar Ship, Freiburg Architect. R.Disch Det finnes kanskje bedre løsninger