SBF 51 A06009 RAPPORT Faktor 4 boliger Tor Helge Dokka, Tore Wigenstad www.sintef.no SINTEF Byggforsk Arkitektur og byggteknikk August 2006
SINTEF RAPPORT TITTEL SINTEF Byggforsk Arkitektur og byggteknikk Faktor 4 Boliger Postadresse: 7465 Trondheim Besøksadresse: Alfred Getz vei 3 Telefon: 73 59 26 20 Telefaks: 73 59 82 85 Foretaksregisteret: NO 948 007 029 MVA FORFATTER(E) Tor Helge Dokka, Tore Wigenstad OPPDRAGSGIVER(E) Husbanken regionkontor Trondheim RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. SBF 51 A06009 Åpen Are Rødsjø GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG Åpen 82-14-034337 22H17770 32 ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) I:/pro/22h17700_THD/Rapport F4.doc Tor Helge Dokka Inger Andresen ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) 2006-07-15 Siri Hunnes Blakstad SAMMENDRAG Denne rapporten viser hvordan man kan bygge en bolig med en energibelastning som er ¼ av en vanlig bolig, dvs. energibelastningen er redusert med en faktor 4. Med energibelastningen menes den vektede tilførte energien til bygget, der ulike energikilder vektes ut fra miljøbelastning. Reduksjonen oppnås med først å redusere energibehovet maksimalt. Dette oppnås med å bygge uten luftlekkasjer, bruke ventilasjon med høyeffektiv varmegjenvinning, ha superiolserte konstruksjoner og vinduer. Elbehovet reduseres ved å bruke energieffektivt utstyr og belysning, samt ved enkel behovsstyring og visualisering av energibruken. Et forenklet vannbårent oppvarmingssystem, sammen med en kombinert solfanger og biopelletskjel, fører til ytterliggere reduksjon av tilført energi, og konvertering til miljøvennlig fornybar energi (biopellets). Solceller som dekker 15 prosent av det resterende elektrisitestbehovet, fører til at boligen får et behov for vektet tilført energi på 47 kwh/m²år. Behovet for tilført elektrisk energi er på 31 kwh/m²år, og ca. 40 kwh/m²år tilført bioenergi. Ekstrakostnader for dette energikonseptet er estimert til å ligge mellom 685 kr/m² og 1805 kr/m², og har da en inntjeningstid mellom 9.6 år og 26.9 år. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Energi Energy GRUPPE 2 Boliger House EGENVALGTE Faktor 4 Factor 4 Passivhus Passive house
2 INNHOLDSFORTEGNELSE 2 FORORD 3 1 Innledning 4 1.1 Bakgrunn 1.2 Hva er en en Faktor 4 bolig 1.3 Passiv energidesign 1.4 Passivhus-konseptet 2 Design av faktor 4 boligen 12 2.1 A/V-optimalisering 2.2 Passivhustetthet og høyeffektiv varmegjenvinning 2.3 Superisolering 2.4 Superisolerte vinduer 2.5 Solrik orientering 2.6 Reduksjon av elbruken 2.7 Forenklet vannbåren varme 2.8 Lokal fornybar varmeproduksjon 2.9 Lokal fornybar elproduksjon 3 Kostnader og lønnsomhet 27 3.1 Passivhus-nivå 3.2 Passivhus med fornybar varmeproduksjon 3.3 Passivhus med fornybar el- og varmeproduksjon 4 Nullutslippsamfunnet 29 Referanser 32
3 FORORD Utarbeidelse av denne rapporten har blitt finansiert av Husbanken regionkontor Trondheim. Utbyggingsprosjektet Smestadlunden i regi av Lillehammer og omegns boligbyggelag (LOBB) har blitt brukt som case i denne rapporten. Dette utbyggingsprosjektet på Lillehammer er under planlegging, og er planlagt oppført i løpet av 2007. Løsningen som presentert i rapporten her vil ikke nødvendigvis bli implementert i de planlagte boligene, selv om boligene er planlagt med meget lavt energibehov. August 2006 Prosjektleder Tor Helge Dokka
4 1 Innledning 1.1 Bakgrunn Husbanken, Enova og SINTEF har gjennom prosjektet IEA Task 28 kostnadseffektive lavenergiboliger [1], initiert flere demonstrasjon/forbildeprosjekter. Husby Amfi [2] i Stjørdal med 56 leiligheter er så langt det mest ambisiøse, med målsetning om over 50 % reduksjon i total energibruk (sammenlignet med normal boligstandard). FIGUR 1-1 Husby Amfi. (Foto: G.Mahlum, Arkideco) Det er også initiert lignende prosjekter på Lillestrøm (Mesterhus, Husbanken og Byggforsk), i Sandnes (Jadar Hus, Husbanken og Byggforsk), og på Kongsberg, med omtrentlig samme målsetning (halvert energibruk). Erfaringene så langt er at man med moderat økning av byggekostnadene (2-6 %) kan oppnå ca. 50 % spart energi, og at det ikke er noen store barrierer mot å innføre en slik byggestandard. Internasjonalt har nå lavenergiboligene på Lindås utenfor Gøteborg vært bebodd noen år, og det begynner å komme både fysiske målinger og brukererfaringer fra prosjektet [3]. Så langt er erfaringene overveiende gode, både termisk komfort og luftkvalitet blir av de fleste beboere oppfattet som god. Noen ulemper synes å være: FIGUR 1-2 Lavenergibolig på Kongsberg. FIGUR 1-3 Passivhus i Lindås Park. Energibruken er noe høyere enn beregnet, men fortsatt meget lav sammenlignet med normale rekkehus. Enderekkehusene, som har noe høyere varmetap, har litt problemer med å få opp temperaturen etter at beboerne har vært lenge ute av boligen (lite internvarme). Noen beboere etterspør muligheten for ildsted, både for kos men også for lettere å holde temperaturen i de kaldeste periodene. Noen beboere etterspør, av komforthensyn, gulvvarme i bad. Varmegjenvinnerne har i snitt noe lavere virkningsgrad enn forutsatt. Solfangersystemet dekker noe mindre av tappevannsbehovet en forutsatt. Med erfaring fra disse nordiske prosjektene, og erfaringene fra passivhus-satsningen i særlig Tyskland og Østerrike [4-5] med flere tusen boliger bygget, mener vi at det også i kaldt norsk klima er mulig å bygge boliger med veldig lavt energibehov og behagelig inneklima, på en kostnadseffektiv måte.
5 1.2 Hva er en en Faktor 4 bolig Svaret på det er i utgangspunktet enkelt: Det er en bolig med ¼ av energibruken/energibehovet til en normal bolig. Men for å svare mer presist på dette spørsmålet må man først definere klart hva man mener med energibruken/energibehovet til en bolig. FIGUR 1-4 Viser sammenhengen mellom netto energibehov i bygget, tilført energi til bygget fordelt på ulike energikilder, og vekting av ulike energikilder for å få tall for totalt vektet energi tilført bygget. Netto energibehov, tilført energi, vektet tilført energi Definisjonene her forholder seg til foreløpig forslag til energimerking av boliger ihht. EUs bygningsenergidirektiv [6]. Det er der lagt opp til tre mulige målepunkt for energibruken til en bolig: Netto energibehov Tilført energi Vektet tilført energi Netto energibehov, er den totale energibruken beregnet med normale brukere og krav til inneklima, og antatt energiforsyning og oppvarmingssystem med 100 % virkningsgrad. For boliger blir energibehovet delt opp i postene: oppvarming (rom og ventilasjon), tappevann, vifter, belysning og utstyr. I enkelte tilfeller kan man også ha poster som pumper og kjøling, hvis relevant. Netto energibehov er summen av alle postene. De enkelte energipostene og netto energibehov for bygget presenteres gjerne i et energibudsjett som vist i tabell 1-1. Energibudsjettet danner også grunnlaget for å beregne tilført energi fordelt på ulike energikilder.
6 TABELL 1-1 Energibudsjett og netto energibehov for en bolig. Energipost Oppvarming 75 kwh/m²år Tappevann 35 kwh/m²år Vifter 3 kwh/m²år Belysning 23 kwh/m²år Utstyr 29 kwh/m²år Netto energibehov 165 kwh/m²år Ved beregning av tilført energi tar man også hensyn til energiforsyningens og varmeanleggets systemvirkningsgrad. En bolig med varmepumpe eller solfangeranlegg vil da kunne få lavere behov for tilført energi enn netto energibehov, men tilført energi vil også kunne bli høyere enn netto hvis man for eksempel har olje- eller biopelletskjel som har systemvirkningsgrad under 100 %. Tilført energi er summen av tilført energi fra de ulike energikildene bygget har. Systemvirkningsgraden bestemmes ut fra produksjonsvirkningsgraden, distribusjons-virkningsgraden og reguleringsvirkninggraden. Se [6] for detaljer og foreslåtte systemvirkningsgrader for ulike oppvarmings- og energiforsyningssystemer. Et eksempel på beregning av tilført energi er vist i tabell 1-2, der det termiske energibehovet (romoppvarming og tappevann) er dekket av et boibrenselsystem med 80 % systemvirkningsgrad. I dette tilfellet blir tilført energi betydelig høyere enn netto energibehov. I tilfeller med varmepumper og solfangere vil tilført energi kunne bli betydelig lavere enn netto energibehov. TABELL 1-2 Beregning av tilført energi for et tilfelle der en biokjel dekker alt det termiske energibehovet. Energipost Netto Systemvirkningsgrad Tilført energi* energibehov Elektristet 55 kwh/m²år 1.00 55 kwh/m²år Biobrensel (pellets) 110 kwh/m²år 0.80 138 kwh/m²år SUM 165 kwh/m²år - 193 kwh/m²år * Tilført energi beregnes ved å dele netto energibehov på systemvirkninggraden: E til = E netto / η sys Ved beregning av vektet tilført energi tar man også hensyn til miljøvennligheten 1 til energikilden. Tilført energi for ulike energikilder multipliseres med en vektingsfaktor for denne energikilden. Siden f.eks. bruk av biobrensel regnes for å være mer miljøvennlig enn bruk av olje, har den også en lavere vektingsfaktor. Vektingsfaktorer for ulike energikilder er gitt i tabell 1-3. Underlaget for forslag til vektingsfaktorer er gitt i [6]. 1 Med miljøvennlighet menes i denne sammenhengen den sammfunnsmessige miljøkostnaden ulike energikilder har. For diskusjon av ulike energikilders miljøkostnader, se [6].
7 TABELL 1-3 Forslag til vektingsfaktorer for ulike energikilder*. Energikilde Vektingsfaktor Elektrisitet 1.00 Olje/paraffin 1.00 Gass 0.65 Fjernvarme 0.55 Biobrensel 0.35 * Med energikilder menes i denne sammenhengen energi som bli tilført bygget via grid (el eller fjernvarme), eller i fast- (bio), flytende- (olje/parafin) eller gassform (propan, naturgass, etc.). TABELL 1-4 Beregning av vektet tilført energi for samme tilfelle som beregnet i tabell 1-2. Energipost Tilført energi Vektings faktor Vektet tilført energi Elektristet 55 kwh/m²år 1.00 55 kwh/m²år Biobrensel (pellets) 138 kwh/m²år 0.35 48 kwh/m²år SUM 193 kwh/m²år - 103 kwh/m²år Mange boliger har i dag kun elektrisk oppvarming. I dette tilfellet vil netto energibehov, tilført energi og vektet tilført energi være tilnærmet like (antatt oppvarmingssystemet med tilnærmet 100 % virkningsgrad). FIGUR 1-5 Beregningsgangen fra netto energi behov, via tilført energi til vektet tilført energi. Energibruken til en normal bolig Figur 1-6 viser en boligblokk i Lillehammer, bygget i 1960. Fasaden er etterisolert med 5 cm mineralull. Energiforbruket er målt til 254 kwh/m²år, hvor ca. 60 % er oljeforbruk til romoppvarming. Boligblokka har en sentral oljekjel og radiatorer som dekker romoppvarming. Med en antatt virkningsgrad på 80 % på radiator/ojlekjel-systemet, blir netto energibehov på 223 kwh/m²år, med fordeling som vist i figur 1-7. FIGUR 1-6 Typisk eksisterende boligblokk på Lillehammer. (Foto: Lillehammer og omegn boligbyggelag. LOBB) kwh/m²år 280 240 200 160 120 80 40 0 129 40 2 23 29 223 Oppvarming Tappevann Vifter Belysning Utstyr SUM FIGUR 1-7 Estimert energibudsjett for eksisterende boligblokk på Lillehammer.
8 Siden energiforsyning til blokka er basert på el og olje (med vektingsfaktorer 1.0), blir vektet tilført energi lik tilført energi: 254 kwh/m²år. FIGUR 1-8 Typisk nytt småhus i form av en tomannsbolig med et gulvareal på 2 x 112 m². I figur 1-8 vises et typisk småhus, som er en relativt enkel tomannsbolig, dybde på 8 meter og bredde på 7 m (innvendig mål), noe som gir et gulvareal på 112 m² pr. boenhet. Hver boenhet har 20 % vindusareal (ifht. gulvarealet), med 86 % vindusareal på nord- og sydfasaden (likt fordelt) og resten på øst- og vestfasaden. Tomannsboligen har 15 cm isolasjon i ytterveggen, 250 mm i yttertak og 180 mm isolasjon i gulv på grunn. Videre har den vinduer med 2-lags lavenergiglass med en U-verdi på 1.4 W/m²K, og er ventilert med et avtrekksventilasjonsanlegg med en luftomsetning på 0.5 oms/t. Boligen er elektrisk oppvarmet med panelovner og varmekabler i bad og vaskerom. Boligen tilfredsstiller energikrav i byggforskriftene. Energibudsjett for boligen er vist i figur 1-9. Med elektrisk oppvarming vil tilført energi og vektet tilført energi være tilnærmet lik netto energibehov, dvs. 192 kwh/m²år. kwh/m²år 225 200 175 150 125 100 75 50 25 0 103 35 2 23 29 192 Oppvarming Tappevann Vifter Belysning Utstyr SUM FIGUR 1-9 Beregnet energibudsjett for typisk ny tomannsbolig oppført på Lillehammer. En faktor 4 bolig: På Lillehammer må en slik bolig ha vektet tilført energi som ikke overstiger 48 kwh/m²år. Målsetning for Faktor 4 boligen Som benchmark for faktor 4 målsetningen er det her valgt å bruke vektet tilført energi, siden det er forslaget i ny energimerkeordning, og det er valgt å bruke energibruken til en ny bolig (småhus) oppført etter minstekrav i forskriftene. Det betyr at en faktor 4 bolig på Lillehammer må ha vektet tilført energi på 48 kwh/m²år eller lavere. Andre mål er at boligen skal være brukervennlig og ha et behagelig inneklima, og det skal være fokus på løsninger som er robuste, har lang levetid og er kostnadseffektive.
9 1.3 Passiv energidesign Passiv energidesign 2 eller kyotopyramiden er en fremgangsmåte for planlegging av lavenergiboliger og forsåvidt passivhus, som består av fem steg: FIGUR 1-10 Fremgangsmåte ved passiv energidesign. Figur: Kathe Hermstad. Steg 1 er å redusere varmetapet fra boligen mest mulig. Dette innebærer vanligvis kompakt bygningsform med arealeffektiv planløsning, ekstraisolert klimaskjerm, superisolerte vinduer og dører, meget lufttett klimaskjerm og balansert ventilasjon med høyeffektiv varmegjenvinner. Balansert ventilasjon har en økende markedsandel i nye boliger, og undersøkelser viser en høy grad av fornøyde brukere, men det er viktig at anleggene er enkle å inspisere og vedlikeholde. Fokus på korte luftføringsveier og lite trykkfall er også viktig for å unngå høy energibruk til vifter og støyproblemer. Steg 2 er å redusere elektrisitetsforbruket ved å bruke energieffektive hvitevarer og belysning. Det er mulig å velge meget energieffektive hvitevarer og sparepærer (med EU s energimerke A), uten at dette medfører nevneverdige ekstrakostnader. For lavenergiboliger er dette særlig viktig da man i alle tilfeller har liten nytte av varmetilskuddet fra belysning og utstyr til oppvarming. Steg 3 er å utnytte gratis solvarme gjennom boligens utforming, plassering og orientering av fasader og vinduer. Solfangere til forvarming av tappevann er også aktuelt. Solceller kan dekke en del av elektrisitetsbehovet, men er pga. investeringskostnaden pr. i dag lite regningssvarende. Steg 4 er å velge et system som gir brukerne enkel og lettforståelig tilbakemelding på energiforbruk og bruksmønster. Det er også aktuelt med systemer for behovsstyring av oppvarming, belysning, utstyr og ventilasjon. Slike systemer kalles i dag ofte for smarthusteknologi eller intelligente hjem. Steg 5 er å velge riktig energikilde og oppvarmingssystem. Det resterende oppvarmingsbehovet er nå meget lavt, i området: 15 25 kwh/m²år. Energikilden bør velges ut fra eksisterende infrastruktur, og lokal tilgjengelighet, og kan f.eks. være fjernvarme i større byer og biobrensel (pellets eller ved) i distriktene. Også elektrisk oppvarming kan være akseptabelt på grunn av det lave oppvarmingsbehovet. El-oppvarming har også den fordelen at den er meget enkelt å regulere. 2 Denne metoden/fremstillingen/visualiseringen er utviklet i samarbeid mellom Are Rødsjø, Husbanken, og Tor Helge Dokka, SINTEF.
10 Det legges også stor vekt på at løsningene skal gi god termisk komfort, god luftkvalitet og at alle installasjoner og bygningstekniske løsninger er robuste og brukervennlige. 1.4 Passivhus-konseptet Passivhus-konseptet, opprinnelig utviklet av Dr. Wolfgang Feist og Passivhus-instituttet [5], har fått meget stor utbredelse i Sentral-Europa, særlig i Tyskland og Østerrike. Men det er også bygget en rekke passivhusprosjekter i andre land som Sveits, Sverige, Frankrike, Belgia og Nederland. Mer enn 6500 passivhus er bygget så langt, med meget imponerende resulater dokumentert i bl.a. EU-prosjektet CEPHEUS [4]. Et nytt EU-prosjekt, PEP [7], har som mål at passivhus-konseptet skal spres og få stor utbredelse også i andre EU og EØS land. De viktigste kriteriene i Passivhus-konseptet er: Årlig oppvarmingsbehov skal ikke overstige 15 kwh/m²år Maksimalt effektbehov til oppvarming skal ikke overstige 10 W/m² FIGUR 1-11 Eksempel på passivhus fra Ölsbundt i Østerrike. Dette oppnås med følgende tiltak: Passiv utnyttelse av sol. Dette oppnås med at mye av vindusarealet vender mot sør (+/- 30 ). Så kompakt bygningskropp som mulig, for å redusere arealet mot det fri, og dermed redusere varmetapet. Superisolert bygningskropp, med U-verdier under 0.15 W/m²K og helst ned mot 0.1 W/m²K (vegg, tak, gulv). Kuldebrofrie ytterkonstruksjoner, med kuldebroverdi under 0.01 W/mK (regnet med utvendig areal). Superisolerte vinduer, med total U-verdi for vinduskonstruksjon lik eller under 0.80 W/m²K. En klimaskjerm med minimerte luftlekkasjer, med et lekkasjetall under 0.6 oms/t (ca. 7 ganger bedre enn dagens norske forskriftskrav). Balansert ventilasjon med høyeffektiv varmegjenvinning, med virkningsgrad på minst 80 %. Vifteeffekten må også være lav (SFP < 1.5 kw/m³/s) Ofte brukes forvarming av ventilasjonsluft i jordvarmeveksler, dvs. føring av friskluften gjennom rør som er gravd ned i grunnen før den kommer til ventilasjonsaggregatet. I tillegg skal det brukes energieffektive hvitevarer og belysning (A-merkede produkter), for å minimere behovet for elektrisitet. Det resterende varmebehovet til tappevann og romoppvarming dekkes ofte av kompakte varmepumpeenheter som tar varme fra avtrekksluften, og/eller termiske solfangere. Det lave resterende energibehovet (elektrisitet og termisk behov) kan dekkes av lokalt produsert fornybar energi (vindmøller, biobrenselkjel, eller lignende).
11 Figur 1-12 viser målt elektrisitetsforbruk til oppvarming og tappevannsoppvarming. Gjennomsnittlig elforbruk til oppvarming er meget lave 4.7 kwh/m²år. Omtrent det samme går til tappevannsoppvarming. Dvs. kjøpt energi til romoppvarming og tappevann er ekstremt lavt, ca. 10 kwh/m²år. 1 FIGUR 1-12 Målt oppvarmingsbehov for romoppvarming og tappevann for 52 rekkehus i Tyskland, med passivhus-standard (Kilde: Johan Reiss, Fraunhofer Institut für Bauphysik, Stuttgart [12]).
12 2 Design av faktor 4 boligen I dette kapittelet vil det steg for steg bli vist hvordan en faktor 4 bolig kan designes på en robust og kostnadsmessig optimal måte. I slutten av rapporten er det også vist hvordan man kan gå videre, helt ned til et nullenergihus og også et energiproduksjonshus. Anslagsvise ekstrakostnader eventuelt besparelser for ulike tiltak/løsninger vil også bli angitt. De anslåtte ekstrakostnadene eller besparelsene er basert på erfaringer fra en rekke gjennomførte byggeprosjekter både nasjonalt og internasjonalt, men er kun indikative. Spesifikke kostnadsberegninger må gjøre for det enkelte byggeprosjekt. Samlede kostnads- og lønnsomhetsanalyser er gitt i kapittel 3. Alle energiberegninger i dette kapitlet er gjort med simuleringsprogrammet SCIAQ 2.0 [8] FIGUR 2-1 Situasjonsplan for Smestadlunden.
13 Som utgangspunkt for beregningene er prosjektet Smestadlunden på Lillehammer (under planlegging) brukt. Dette er 32 nye boliger tenkt bygd med passivhus-standard, der 10 er rekkehus og de resterende er 2 og 3 roms leiligheter. Beregningene her er basert på foreløpige tegninger. 2.1 A/V-optimalisering A/V står her for forholdet mellom varmetapsarealet (gulv, tak, vegg mot det fri eller grunnen) og volumet til bygget. Alternativt, og kanskje mer relevant, er forholdet mellom varmetapsarealet og oppvarmet gulvareal. Det naturlige første steget i en prosess for å redusere energibruken, er å redusere varmetapsarealet for boligen ved å designe en kompakt bygningskropp. Figur 2-2 og 2-3 viser et utkast til det planlagte rekkehuset med passivhusstandard på Lillehammer. Det er 5 like rekkehus i hus I (likt med hus II) som beregningene er basert på i det etterfølgende. FIGUR 2-2 Planløsning 1 etg. fra skisseprosjekt for passivhus på Smestadmoen, Lillehammer. For rekkehus er det energi- og kostnadsoptimalt med dype og smale rekkehusleiligheter. Hvor dype og smale de kan være blir et kompromiss mellom funksjonalitet, arealeffektivitet, dagslyskrav, og andre arkitektoniske hensyn. Et dybde/breddeforhold på mer enn 1.5 bør etterstrebes. I skisseprosjektet vist her (fig. 2-1, 2-2) er dybde/bredde-forholdet ca. 1.6 (9.2/5.7). I optimaliserte rekkehus med passivhusstandard kan dybdebredde forholdet komme opp i over 2.0. Med en dybde på 9.2 meter og bredde på 5.7 m (innvendige mål) blir gulvarealet (BRA) for hvert rekkehus på 109 m². Utvendig sportsbod er utenfor klimaksjermen og regnes ikke med i oppvarmet gulvareal. Det er her i utgangspunktet regnet med at vindusarealet på 20 % er likt fordelt på syd- og nordfasaden. Det er regnet med samme varme- og energitekniske standard som for tomannsboligen brukt som benchmark (kap. 1.2). Energiberegningen er også gjort som for alle fire rekkehusene samlet, og blir derfor snitt for de fire rekkehusene. De to midtrekkehusene vil ha lavere oppvarmingsbehov enn de to enderekkehusene. Beregnet energibudsjettet for rekkehusene er vist i figur 2-4. FIGUR 2-3 Planløsning 2 etg. fra skisseprosjekt for passivhus på Smestadmoen, Lillehammer. kwh/m²år 200 175 150 125 100 75 50 25 0 Oppvarming 85 Tappevann 35 Vifter 2 Belysning 23 29 Utstyr SUM 174 FIGUR 2-4 Energibudsjett for A/V-optimaliserte rekkehus.
14 Ved lage en kompakt bygningskropp er oppvarmingsbehovet altså redusert fra 103 til 85 kwh/m²år, og totalt netto energibehov fra 192 til 174 kwh/m². I dette tilfellet hvor man kun bruker elektrisk oppvarming, vil tilført og vektet tilført energi være likt netto energibehov. FIGUR 2-5 Få og store vinduer gir lavere varmetap og lavere kostnader, enn mange små vinduer. I tillegg til å spare energi vil en enkel og kompakt bygningskropp som vist i fig. 2-2 og 2-3, være betydelig mer kostnadseffektiv enn en normal bolig. Bare i besparelsen av ytterareal (gulv, vegg, tak) vil man her kunne spare 200-300 kr pr. m² gulvareal sammenlignet med en normal bolig (tomannsboligen). Enklere bygningskropp gir også raskere og mindre arbeidskrevende oppføring av boligen. Et annet sted det er vinn-vinn når det gjelder energibruk og kostnader er vinduer. Bruker man flere store vinduer uten sprosser eller labanker (horisontaldelte vinduer), istedenfor flere mindre vinduer med sprosser, vil man kunne få vinduer med betydelig lavere U-verdi siden man reduserer randsonetapet (overgang glass-karm) betydelig. Dette fører også til betydelig kostnadsreduksjon for vinduer, helt opp til 1/3 besparelse kan oppnås, tilsvarende en besparelse på 100-200 kr pr. m² gulvareal. 2.2 Passivhustetthet og høyeffektivt varmegjenvinning For å komme lavt ned i oppvarmingsbehov er en kraftig reduksjon av luftlekkasjer og høyeffektiv varmegjenvinning av ventilasjonsluften helt nødvendig. FIGUR 2-6 Tetting med mineralulldytt, bunnfyllingslist og fugemasse, samt klemt papp. FIGUR 2-7 Trykktesting av hus med såkalt blower-door utstyr. I passivhus er kravet at lekkajsetallet (ved en trykkforskjell på 50 Pa) ikke overstiger 0.6 oms/t. Dette oppnås ved at ytterkonstruksjonen utføres med et helt vindtettsjikt, og man har gode detaljløsninger rundt vinduer/dører, overganger og gjennomføringer i klimaskjermen. Et kontinuerlig vindtettsjikt med papp/rullprodukt som er kontinuerlig og med klemte skjøter har vist seg å fungere godt. Et andre vindettesjikt i form av plater kan være fornuftig, siden det da er enkelt å tette rundt tekniske gjennomføringer (kanaler, rør) og i overganger tre-mur. Rundt vinduer og dører anbefales det å bruke mineralull-dytting, bunnfyllingslist og fugemasse, i tillegg til at papp/rullprodukt klemmes med vindusomramming/lister. Trykktesting ( blower door test ) er også obligatorisk på passivhus, og det kan være smart og også gjøre en diagnostisk trykktest når vindtettesjikt er montert, for å utbedre luftlekkasjer i bygget på en kostnadseffektiv måte. Når det gjelder varmegjenvinning av ventilasjonsluft er pr. i dag roterende varmegjenvinnere (se figur 2-8) den mest effektive løsningen sett over året som helhet. En slik roterende gjenvinner kan ha en årsmidlere temperaturvirkningsgrad på 80-85 %. Det er her regnet med en virkningsgrad på 83 %.
15 Energibudsjettet for rekkehuset med disse to tiltakene er vist i figur 2-9. Oppvarmingsbehovet er redusert fra 85 til 38 kwh/m²år. Dvs. godt over en halvering. Det fører også til at det totale energibehovet er redusert til 132 kwh/m²år. Med elektrisk oppvarming er vektet tilført energi lik netto energibehov. kwh/m²år 150 125 100 75 50 25 0 38 35 7 23 29 132 Oppvarming Tappevann Vifter Belysning Utstyr SUM FIGUR 2-8 Roterende gjenvinner fra et ventilasjonsanlegg for boliger. (Bilde med tilltaelse fra Villavent/ Systemair). FIGUR 2-9 Energibudsjett med passivhustetthet og høyeffektiv varmegjenvinning. Ekstrakostnader for tettetiltak ligger i området 5-40 kr/m², og 20-500 kr/m² for balansert ventilasjon med roterende gjenvinner. Det laveste anslaget for roterende gjenvinner, forutsetter at balansert ventilasjon allerede er standard (65-70 % av småhusleverandørene leverer i dag balansert ventilasjon som standard). 2.3 Superisolering FIGUR 2-9 Mineralullisolerte trekonstruksjoner. Neste steg for å redusere oppvarmingsbehovet ytterligere er superisolerte konstruksjoner uten kuldebroer. Tabell 2-1 viser aktuelle isolasjonstykkelser og U-verdi for ulike bygningsdeler.
16 TABELL 2-1 Konstruksjonsløsninger og U-verdier for ulike bygningsdeler. Bygningsdel Konstruksjon U-verdi (W/m²K) Gulv på grunn* 350 mm markisolasjon (tung 0.07 mineralull eller eskpand. polystyren) Yttervegg Dobbeltvegg med 0.10 350 mm iso. på langvegger og 400 mm iso. på gavlvegger Yttertak Kaldt loft med 550 mm isolasjon 0.07 *Oppgitt U-verdi er inkludert varmemotstanden i grunnen. Kuldebroverdier (ψ) skal være under 0.02 W/mK. Dette kan oppnås med bruk av de beste prefabrikerte ringmurselementene (gulv på grunn), og ellers ved bruk av vanlige isolerte trekonstruksjoner 3. Figur 2-12 viser energibudsjett med superisolerte konstruksjoner. Oppvarmingsbehovet reduseres ytterliggere fra 38 til 24 kwh/m²år, og totalt energibehov fra 132 til 118 kwh/m²år. Vektet tilført energi er også her lik netto energibehov. FIGUR 2-11 Dobbeltveggkonstruksjon med 350-400 mm isolasjon. kwh/m²år 140 120 100 80 60 40 20 0 24 35 7 23 29 118 Oppvarming Tappevann Vifter Belysning Utstyr SUM FIGUR 2-12 Energibudsjett med superisolerte gulv-, tak- og veggkonstruksjoner uten kuldebroer. Ekstrakostnader for disse superisolerte konstruksjonene ligger i området 200-280 kr/m². 2.4 Superisolerte vinduer FIGUR 2-13 Eksempel på karmkonstruksjoner som er sertifisert av passivhusinstitutttet. Superisolerte vinduer, eller såkalte passivhus-vinduer, er også en meget viktig komponent i passivhuskonseptet. Passivhusvinduer skal ha en U-verdi for hele vinduskonstruksjonen som er under 0.80 W/m²K. Kravet på 0.80 W/m²K er satt med forutsetning at U-verdien for glassruta har en U-verdi på 0.70 W/m²K. Kravet er derfor egentlig et krav til 3 Kuldebroer i forbindelse med hjørner, etasjeskiller (i tre) og overgang yttervegg-yttertak, har vanligvis kuldebroverdier under 0.01 W/mK, og kan da ses bort i fra i varmetapsberegningen.
17 karm- og rammekonstruksjon, inkludert spacer (avstandslist mellom glass). I Tyskland og Østerrike er det over 40 vindusprodusenter som lager vinduer som tilfredsstiller dette kravet (som er sertifisert av Passivhus-instituttet). I Norge er det kun NorDan så langt som har utviklet et vindu med isolert karm som er i nærheten av dette kravet 4, se figur 2-14. Det er i beregningene her antatt en karmkonstruksjon som tilfredstiller passivhus-kravet, men det har en ruteløsning som har en U-verdi på 0.60 W/m²K. Dette kan for eksempel oppnås med en trelags rute, med to lavemisjonsbelegg, 16 mm hulrom og argongassfylling. Til sammen vil dette gi en U-verdi for hele vinduskonstruksjonen på 0.75 W/m²K. Slike vinduer vil redusere oppvarmingsbehovet ytterliggere nedover til meget lave 10 kwh/m²år som vist i figur 2-15. Det total energibehovet reduseres til 104 kwh/m²år. Med elektrisk oppvarming, er vektet tilført energi også på 104 kwh/m²år. FIGUR 2-14 NorDans superisolerte vindu med isolert kramkonstruksjon og superspacer. kwh/m²år 125 100 75 50 25 10 35 7 23 29 104 0 Oppvarming Tappevann Vifter Belysning Utstyr SUM FIGUR 2-15 Energibudsjett for utførelse med passivhusvinduer. Ekstrakostnader for passivhusvinduer er anslått til 75-150 kr/m². 2.5 Solrik orientering FIGUR 2-16 Eksempel på leilighet med ekstrem solrik orientering av vinduer. Solrik orientering av vinduer, dvs. mest vinduer mot sør, og mindre vinduer mot øst, vest og nord, er en kjent strategi for å redusere oppvarmingsbehovet. I utgangspunktet for rekkehuset vårt er det lik fordeling av vinduer på nord og sydfasaden (50/50), og ingen vinduer på gavlfasader (øst/vest). Dette er her endret til en fordeling 75 % mot sør og 25 % mot nord, fortsatt lukkede galvfasader. Som vi ser av figur 2-17 fører dette kun til en beskjeden reduksjon av varmebehovet fra 10 til 9 kwh/m²år. Det viser at ekstrem orientering av vinduer og glassflater har liten effekt i bygg med lavt varmetap, og vil også kunne føre til betydlige overoppvarmingsproblemer om sommeren hvis ikke tiltak gjøres for å begrense soltilskuddet (solavskjerming, utlufting, lagring i tunge bygningsmaterialer). Problemet er at 4 NorDans vindu med isolert karm har ennå ikke blitt sertifisert av Passivhus instituttet, men har blitt beregnet til å ha en U-verdi på under 0.80 W/m²K.
18 det i Norge er relativt små soltilskudd i de kaldeste månedene av året (desember-februar), og det er nettopp disse månedene det er noe signifikant oppvarmingsbehov i et passivhus. Det må bemerkes at dette gjelder for boliger med lavt varmetap, i vanlige boliger med høyere varmetap vil mer av soltilskuddene kunne bli benyttet til å redusere oppvarmingsbehovet. kwh/m²år 125 100 75 50 25 0 9 35 7 23 29 103 Oppvarming Tappevann Vifter Belysning Utstyr SUM FIGUR 2-17 Energibudsjett for tilfellet med solrik orientering av vinduer 2.6 Reduksjon av elbehovet Når oppvarmingsbehovet er redusert til superlave 9 kwh/m²år, er de fleste andre energiposter betydelig større. Det er derfor nærliggende å se på hvordan man kan redusere elektrisitetsbehovet til vifter, belysning og utstyr. FIGUR 2-18 Bryter for enkel behovsstyring av lys, utstyr og ventilasjon. Figur: Guro Nereng, NTNU. Behovsstyring Den enkleste formen for behovsstyring er en sentral bryter (fig. 2-18), som kan plasseres sentralt i utgangspartiet av huset, for eksempel i entreen. Slår man denne bryteren i ute-stilling, vil boligen gå i hvilemodus. Med det menes at all belysning blir slått av, en god del ikke-kritiske elektriske kurser blir slått av (må vurders i hvert enkelt tilfelle), samt ventilasjonsluftmengdene reduseres (minimum-stilling). Sekundært kan man også ha en Dag-Natt bryter i hovedsoverommet, som gjør mye det samme. Siden det da er personer i boligen, bør man ikke redusere luftmengdene signifikant i forhold til dag-nivå. Alternativt kan man ha et nattspjeld, som gjør at all luft tilføres soverom og ikke andre oppholdsrom (stue, o.l). Visualisering I mange eldre hus henger det fortsatt Wattmetere (fig. 2-19), som tidligere ble brukt til å kontrollere at ikke overforbruket av elektrisk energi ble for stort. Dette var basert på en såkalt overforbrukstariff, som ikke brukes lenger. Men Wattmeteret var også en meget enkel måte å visualisere energibruken på, og ga en umiddelbar tilbakemelding på energiadferden til brukerne av boligen. Dagens energimåler som er plassert i et bortgjemt skap som vi bare åpner når en sikring har gått, har ikke den samme funksjonen.
19 Det er derfor behov for et moderne elektronisk Wattmeter, som visualiserer effekt og energiforbrukbruk. Slike løsninger kan være Web-basert, men det beste er å ha et enkelt display sentralt i boligen (kjøkken, entre eller lignende). Eksempel på et slikt brukergrensesnitt er vist i fig. 2-20. Dette er basert på et arbeid gjort i hovedoppgaven til Guro Nereng ved NTNU, Inst. for produktdesign [9]. Det er også flere leverandører av såkalt smarthusteknologi som har begynt å levere slike løsninger. Et slikt display/brukergrensesnitt bør vise energiforbruk til elektrisitet og eventuell varme med oppløsning: Nå (effekt i Watt), siste dag, siste uke, siste måned og siste år. Dette bør sammenlignes med forventet forbruk som er temperaturkorrigert, og som for eksempel kan være basert på energiberegninger for boligen. FIGUR 2-19 Gammelt wattmeter. Bilde: Inger Andresen. FIGUR 2-20 Eksempel på brukergrensesnitt for visualisering av energiforbruk. Figur og ide: Guro Nereng. Energieffektivt utstyr, belysning og tappevannsoppvarming For å redusere energibehovet til hvitevarer og annet utstyr, bør det velges modeller med best mulig energimerke, dvs. A, A+ eller A++. I tillegg til konvensjonelle hvitevarer som kjøleskap, vaskemaskiner, oppvaskmaskiner, og lignende, kommer det nå etter hvert også energimerking av annet utstyr som komfyrer, koketopper og støvsugere. Når det gjelder energibruk til belysning er det veldig stor forskjell mellom vanlige glødelamper, halogenbelysning (downlights, spoter, og lignende) og lavenergibelysning (sparepærer og lysstoffrør), ofte en faktor fem i forskjell. Det er derfor veldig fornuftig å bruke så mye lavenergibelysning som mulig. Ulempen med lavenergibelysning er lysfarven som ofte gir et kaldt hvitt lys, noe som i enkelte rom kan skape en litt sterilt preg. Med riktig valg av lysarmatur kan dette problemet
20 reduseres betydelig. Det finnes også lysstoffrør med fargefilter, som gir et mer varmt lys. Det nyeste innen energieffektiv belysning er såkalt LEDbelysning (lysdioder), som også er betydelig mer energieffektiv enn lavenergibelysning. Til boligbelysning er dette fortsatt på prøvestadiet, men er forventet å komme mer de nærmeste årene. En fordel med LED-belysning er at lysfarven kan bestemmes ut fra valg og design av lysdiodene (ett armatur vil bestå av mange lysdioder), og man kan derfor få varmere belysning enn med lavenergibelysning. Når det gjelder energibruk til oppvarming av tappevann er det i utgangspunktet regnet med varmtvannsberedere med mineralullisolering. Nå begynner det etter hvert å bli vanlig med skumisolerte beredere, som har betydelig mindre varmetap. Det er regnet ut at dette reduserte varmetapet gjør at energibruken til oppvarming av tappevann kan reduseres fra 35 til 32 kwh/m²år. Lav vifteenergi I tillegg til høy virkningsgrad for varmegjenvinneren (avsn. 2.2) er det også viktig at den elektriske virkningsgraden til ventilasjonsanlegget også er høy. Den elektriske virkningsgraden for ventilasjonssystemet angis vanligvis med SFP-faktoren (SFP = Specific Fan Power), og kravet til denne i passivhus settes til 1.5 kw/m³/s (ca. 0.45 Watt per m³/h). Dette kan oppnås med optimalisering av tre forhold: 1. Strømningsoptimal utforming av ventilasjonsaggregatet, slik at trykktapet blir minst mulig. 2. Bruk av energieffektive vifter, der det er nærliggende å bruke såkalte ECM-motorer(ECM = Electronically Commutated Motors) med høy elektrisk virkningsgrad. 3. Design av kanalsystem med korte kanalføringer og strømningsoptimalisert design (tilstrekkelig store kanaldimensjoner og ingen skarpe bend). En positiv bieffekt av et ventilasjonsanlegg med korte kanalføringer er at både ventilasjonstekniske og byggtekniske kostnader (mindre innkassing og nedforinger) kan reduseres betydelig.
21 FIGUR 2-21 Eksempel på bolig med enkle og korte kanalføringer. Resulterende energibudsjett Med tiltak som beskrevet ovenfor vil energibruken til vifter, lys, utstyr og tappevannet, bli redusert til hhv. 4, 12, 20 og 32 kwh/m²år [10]. Men det betyr også en betydelig reduksjon av det interne varmetilskuddet (fra 7.8 til 4 W/m² [10]), noe som igjen betyr at oppvarmingsbehovet øker til 15 kwh/m²år. Men totalt er energibruken redusert fra 103 kwh/m²år til 83 kwh/m²år. Fortsatt er all energitilførsel er elektrisitet, så tilført og vektet tilført energi blir lik totalt netto energibehov på 83 kwh/m²år. 100 83 kwh/m²år 75 50 25 0 15 32 4 12 20 Oppvarming Tappevann Vifter Belysning Utstyr SUM FIGUR 2-22 Resulterende energibudsjettet etter at el-besparende tiltak har blitt innført.
22 2.7 Forenklet vannbåren varme Med redusert elforbruk som angitt i avsnitt 2.6, er det veldig vanskelig å redusere netto energibehov ytterligere. Neste steg er derfor å redusere tilført energi til bygget, og deretter vektet tilført energi. For å kunne bruke fornybar energi er det ofte (ikke alltid) fornuftig å bruke et vannbårent oppvarmingssystem, som gjerne også ses i sammenheng med tappevannsoppvarmingen. På normale bygg, med normalt oppvarmingsbehov, er vannbårne anlegg ofte relativt kostnadsdrivende installasjoner, som krever betydelige inngrep i bygningskonstrusjonene(særlig vannbåren gulvvarme). De kan også være vanskelige å regulere nøyaktig ved sterkt varierende varmebehov. I passivhus kan disse vannbårne anleggene forenkles betydelig, og dermed gjøres langt mer kostnadseffektive. I passivhus med effektbehov til oppvarming ned mot 10-12 W/m², vil det være tilstrekkelig med en enkel radiator sentralt i boligen. Det er i slike boliger ikke behov for oppvarming av soverom, boder og lignende rom, eller under vinduer for å hindre kladras. Dette gjelder for boliger opp til 100-130 m², litt avhengig av planløsning og bruk av boligen. I boliger over flere etasjer bør da radiatoren plasseres i nederste etasje. I tillegg til romoppvarming er det i dag nærmest et brukerkrav om gulvvarme på bad. En gulvarmesløyfe kan enkelt kobles sammen med sløyfen til radiatoren, ved at man bruker en spesiell type isolerte rør i gulvsløyfen. Ofte vil man ha en turtemperatur til radiator på 60-70 grader, som i utgangspunktet er for høyt for en gulvvarmesløyfe med vanlige rør. Men med spesielle isolerte rør, vil det være enkelt å regulere overflatetemperaturen på badegulvet til ønsket nivå. For å oppnå et kompakt og kostnadseffektivt varmeanlegg, med korte rørføringer er det fornuftig å plassere radiatoren så nærme baderommet som mulig, gjerne på yttersiden av baderomsveggen hvis mulig. Som det framgår av figur 2.23 er det også mulig å koble på tappevannsoppvarmingen på samme varmesløyfe. Det er her illustrert et system med fjernvarme eller sentralkjel. Brukes det et såkalt ett-rørs system (kun tur-rør) som illustrert på figur 2.23, og ikke et to-rørs system som er vanlig (tur- og retur-rør i parallell), kan man får ytterliggere kostnadsbesparelser.
23 FIGUR 2-23 Forenklet vannbårent oppvarmingssystem. Ide og illustrasjon: Leif Amdahl, VVS-foreningen. Vannbåren oppvarming endrer ikke i seg selv hverken netto energibehov, eller tilført energi 5. 2.8 Lokal fornybar varmeproduksjon De mest aktuelle løsninger for lokal fornybar varmeproduksjon er: Solenergi-løsninger Bioenergi-løsninger Varmepumpe-løsninger FIGUR 2-24 Vakumrørsolfanger som typisk kan dekke 45-65 % av tappevannsbehovet, og en mindre del av oppvarmingsbehovet. Kilde: www.apricus.com Eller kombinasjoner av disse. En ren solenergiløsning vil kunne dekke typisk 50 % av tappevannsbehovet og en mindre del av oppvarmingsbehovet (10-20 %). Dette vil redusere tilført energi (og vektet tilført energi) til bygget ned til 65-70 kwh/m²år, dvs. ikke tilstrekkelig for å nå målsetningen om en faktor 4 reduksjon (ned til 48 kwh/m²år). Heller ikke en ren bio-løsning, for eksempel en biopelletskjel, som dekker hele oppvarmings- og tappevannsbehovet vil være tilstrekkelig for å nå målsetnignen. En slik løsning vil få et tilført energibehov på 95-100 kwh/m²år, og et vektet tilført energibehov på 55-60 kwh/m²år. Derimot vil en kombinert bio-sol-løsning, med solfangere og biopelletskjel være en aktuell løsning. Det finnes flere slike ferdige systemer på markedet, som leveres med automatikk og annet 5 Bruk av vannbåren varme sammenlignet med direkte elektrisk oppvarming, vil kunne øke tilført energi noe, siden det er noe tregere å regulere og kan ha et visst distrubusjonstap. Det er ikke regnet med det her, men tatt hensyn til i avsnitt 2.8.
24 utstyr klar til montering. I et slikt system kjøres solenergien fra solfangeren som grunnlast, mens biopelletskjelen kjøres som spisslast. Det betyr at det benyttes maksimalt av gratis solenergi når dette er tilgjengelig, og at biopelletskjelen supplerer med varme når det er behov for det. Tabell 2-2 viser beregning av tilført- og vektet tilført energi for denne løsningen. Netto energibehov er det samme som vist i figur 2-22, på 83 kwh/m²år. TABELL 2-2 Beregning av tilført og vektet tilført energi for tilfellet med sol-bio-løsning. Energipost Netto Virkngrad Tilført Vektings Vektet energi behov kwh/m²år kwh/m²år Factor tilført kwh/m²år Elektristet 36 1.0 36 1.0 36 Biopellets 31 0.77 40 0.35 15 Solfanger 16 10.0 2 1.0 2 SUM 83-78 - 52 FIGUR 2-25 Eksempel på en solbio-løsning med integrert automatikk. Kilde: www.pellx.com Selv med denne sol-bio-løsningen kommer vi ikke helt ned i faktor 4 målsetningen på 48 kwh/m²år. Et alternativ til sol-bio-løsningen er et kompaktaggregat med varmepumpe, som er mye brukt i passivhus i Tyskland og Østerrike. Dette er et balansert ventilasjonsanlegg, med integrert avtrekksvarmepumpe og varmtannbereder. Varmtvannsberederen kan levere varme til både tappevann og romoppvarming. I tillegg har disse aggregatene ofte passiv forvarming av friskluften i en jordkollektor (vann-glycol eller luft), for å unngå påfrysning i ventilasjonsaggregatets varmegjenvinner, og for å øke varmefaktoren til avtrekksvarmepumpen. Det er begrenset erfaring med slike aggregater i kaldt klima som Lillehammer. Med en estimert varmefaktor for varmepumpen på 2.5 vil tilført energi og vektet tilført energi bli på ca. 55 kwh/m²år. FIGUR 2-26 Systemskisse av et kompaktaggregat. Figur: www.viessmann.se
25 2.9 Lokal fornybar elektrisitetsproduskjon Mens lokal fornybar varmeproduksjon er relativt utprøvd og prismessig konkurransedyktig, er lokal fornybar produksjon av elektristet både lite utbredt og relativt kostbar. Unntaket er solceller som har stor utbredelse på hytter og fritidsboliger som ikke har tilgang til elnettet. Solceller er også den mest nærliggende løsningen for å dekke deler av elektrisitetsbehovet på vanlige boliger. Solcellepaneler har pr. i dag en virkningsgrad 6 i området 15-20 %. Det kreves derfor relativt store arealer for å kunne dekke en signifikant del av elektrisitetsbehovet for et bygg. FIGUR 2-27 Solcellepanel for produksjon av elektrisitet. Det gjenstående elektristetsbehovet når det termiske behovet er dekket av sol-bio-løsningen er på 36 kwh/m²år. Med en målsetning om å dekke 15 % av dette elbehovet, vil det si at ca. 5 kwh/m²år må dekkes av solceller. En typisk årlig output pr. m² solcellepanel er på ca. 175 kwh/m²år 7, noe som betyr at vi må ha ca. 3.3 m² på en 109 m² stor rekkehusleilighet. Tabell 2-3 viser tilført og vektet tilført energi med en slik solcellepanelløsning. Med denne solcelle-installasjonen er nå vektet tilført energi på 47 kwh/m²år, dvs. under faktor 4 målsetningen på 48 kwh/m²år. Elektrisitetsbehovet er her redusert fra 192 kwh/m²år til 31 kwh/m²år, dvs. en faktor 6 reduksjon. TABELL 2-3 Beregning av tilført og vektet tilført energi for tilfelle med solcelle-løsning. Energipost Netto Virkngrad Tilført Vektings Vektet energi behov kwh/m²år kwh/m²år Factor tilført kwh/m²år Elektristet 31 1.0 31 1.0 31 Biopellets 31 0.77 40 0.35 14 Solfanger 16 10.0 2 1.0 2 Solceller 5 100 0 1.0 0 SUM 83-73 - 47 Et fremtidig alternativ til solcellepaneler er såkalte kogenereringsmaskiner basert på biomasse, se figur 2-28. Dette er maskiner som lager både varme og strøm fra biomasse (sagflis, biopellets eller lignende). Pr. i dag er slike kogenereringsmaskiner stort sett brukt i større prosjekter, gjerne i forbindelse med sagbruk, der man bruker strømmen og varmen industrielt. Men det kommer opp flere prosjekter i Europa nå der man skal prøve ut slike anlegg også til boligformål. Pr. i dag er slike maskiner tilpasset store utbygginger med flere hundre boliger, men det foregår arbeid for å lage små versjoner som kan brukes helt ned på enkeltboliger (eneboliger). 6 Med virkningsgrad menes her hvor mye av den innstrålte solenergien som kan omdannes til elektristet. 7 Regnet med en virkningsgrad på 17.5 %, og en solfluks på 1000 kwh/m²år som er representativt for en sydvendt takflate i Lillehammer klima.
26 Slike biomasse-kogenereringsmaskiner har en elektristetsvirkningsgrad i området 17-25 %, en varmevirkingsgrad på 55-65 %, totalt ca. 80 % virkningsgrad. Dvs. fra 100 kwh potensiell biomasse energi, kommer det ut ca. 20 kwh elektristet og ca. 60 kwh varme. En ulempe med en slik maskin til boligformål er derfor at man får et betydelig overskudd av varme hvis man forsøker å dekke hele elbehovet til boligen. En løsning kan derfor våre å se utbygging av nye boliger i sammenheng med for eksempel rehabilitering av eksisterende boliger i samme område, og få brukt overskuddsvarmen fra de nye boligene til å fyre de eksisterende boligene som har høyere oppvarmingsbehov. FIGUR 2-28 Systemskisse biomassebasert kogenreringsanlegg. Figur: www.turboden.it
27 3 Kostnader og lønnsomhet Det er i dette kapitelet anslått kostnader og lønnsomhet for tre nivåer beskrevet i rapporten: Det rene passivhus-nivået bygningsmessig, uten noen tiltak på energiforsyningssystemet, dvs. kun elektrisk oppvarming. Passivhus, men med forenklet vannbåren varme og solbio-løsning Passivhus med sol-bio-løsning og solcellepanel som dekker 15 % av elbehovet (5 kwh/m²år) Estimerte kostnader for ulike tiltak er tatt fra innhentede priser, erfaringer fra lavenergiprosjekter i Norge, og erfaringer fra internasjonale passivhusprosjekter i Sverige, Tyskland og Østerrike. 3.1 Passivhus-nivået Tabell 3-1 viser estimerte ekstrakostnader for passivhus-nivået. Kostnader inkluderer både materialer og arbeidskostnader. Det er store variasjoner i ekstrakostnader, det er derfor vist et lavt nivå og et høyt kostnadsnivå. Alle ekstrakostnader (eller besparelser) er regnet pr. kvadratmeter gulvflate (BRA). TABELL 3-1 Estimerte ekstrakostnader for passivhusnivået Tiltak Lave ekstrakostnader Høye ekstrakostnader Areal/volum-optimalisering - 300 kr/m² 0 kr/m² Passivhustetthet 10 kr/m² 30 kr/m² Bal.vent. med høyeffektiv 350 kr/m² 500 kr/m² varmegjenvinning Superisolering og 200 kr/m² 300 kr/m² kuldebroeliminering Passivhus-vinduer 100 kr/m² 150 kr/m² Behovsstyring og 75 kr/m² 125 kr/m² visualisering SUM 435 kr/m² 1 105 kr/m² Med ei kalkulasjonsrente 8 på 4 % og en elektrisitetspris på 80 øre/kwh vil inntjeningstiden med lave ektrakostnader være på 5.7 år. Med høye ektrakostnader vil inntjeningstiden være på 18 år. 8 Kalkulasjonsrente tar i tillegg til lånerente, også hensyn til generell inflasjon og relativ energiinflasjon (over generell prisstigning). For eksempel vil ei lånerente på 7 %, generell inflasjon på 2 % og relativ energiinflasjon på 1 % gi ei kalkulasjonsrente på 4 %. I dagens lånemarked ligger kalkulasjonsrenta på mellom 0 og 1 %.
28 3.2 Passivhus med fornybar varmeproduksjon I tabell 3-2 er det vist ekstrakostnader for passivhus-utførelse sammen med forenklet vannbåren varme og sol-bio-løsningen. TABELL 3-2 Estimerte ekstrakostnader for passivhus-utførelse med fornybar varmeproduksjon Tiltak Lave ekstrakostnader Høye ekstrakostnader Passivhus-utførelse 435 kr/m² 1 105 kr/m² Forenklet vannbåren - 200 kr/m² 0 kr/m² varme* Sol-bio-løsning 250 kr/m² 400 kr/m² SUM 485 kr/m² 1 505 kr/m² * For det lave ekstrakostnadsnivået er det regnet med at det i utgangspunktet er vannbåren varme med en installert kostnad på 6 kr/w, og at redusert oppvarmingseffekt er på 35 W/m² (fra 45 til 10 W/m²). Med samme kalkulasjonsrente og elpris, og med en biopelletspris på 60 øre/kwh, vil inntjeningstiden med lave ekstrakostnader være på 5.5 år, og med høye ekstrakostnader på 23.8 år. 3.3 Passivhus med fornybar varme- og elproduksjon faktor 4 løsningen FIGUR 3-1 Inntjeningstid for de tre alternativene. Tabell 3-3 viser ekstrakostnader for passivhus-utførelse, med sol-bio-løsningen og solcelle-panel som dekker 15 % av elbehovet. TABELL 3-3 Estimerte ekstrakostnader for passivhusnivået. Med solbio-løsning og solcellepaneler. Tiltak Lave ekstrakostnader Høye ekstrakostnader Passivhus-utførelse 435 kr/m² 1 105 kr/m² Forenklet vannbåren - 200 kr/m² 0 kr/m² varme* Sol-bio-løsning 250 kr/m² 400 kr/m² Solcellepanel 200 kr/m² 300 kr/m² SUM 685 kr/m² 1 805 kr/m² Med samme renter og energipriser som i 3.2 vil inntjeningstiden med lave ekstrakostnader være på 9.6 år, og med høye ekstrakostnader på 26.9 år.
29 4 Nullutslippsamfunnet Utfordringer: Overgang fra fossile til fornybare energikilder Drastisk reduksjon av lokale og regionale utslipp Drastisk reduksjon av globale utslipp Fremtiden vil sette meget store utfordringer og krav til energibruk, energisystemer og energiproduksjon: Fossile energikilder må før eller siden erstattes av fornybare energikilder. Den fossile tidsalderen som vi er inne i nå kan utsettes rimelig lenge (bl.a. ved utnyttelse av verdens store kullreserver), men det vil være langt mer fornuftig allerede nå å gradvis gå over til bruk av fornybare energikilder. Vi må redusere våre regionale utslipp til atmosfæren og til nærmiljøene vi bor i drastisk. Lokale utslipp i form av CO, SO2, NOx, VOC er og lignende vil måtte nesten elimineres i fremtiden, både ut fra helsemessige og samfunnsmessige hensyn. De globale utslippene i form av drivhusgasser må reduseres drastisk av hensyn til potensielle klimaendringer. Spørsmålet er om det er mulig å nærme seg det grønne samfunnet, basert på fornybar energi og med tilnærmet null utslipp, uten store kostnadsmessige konsekvenser (og reduksjon av levestandard) og med dagens krav til mobilitet (transport). Trolig er slike løsninger nærmere enn mange tror, og til en kostnad som vil være relativt lav. I det etterfølgende er det vist hvordan man kan se for seg en kobling mellom biltransport og bolig som gir helt fornybar og nesten utslippsfrie boliger og transport. Alt dette er basert på teknologi og produkter som allerede finnes i dag. 4.1 Fornybar kobling transport-bygninger For at overgang til fornybare energikilder skal være mulig, uten en drastisk nedgang i levestandard og mobilitet, må energibruken til bygninger og transport reduseres meget kraftig, og det må konverteres til fornybare energikilder. Denne rapporten viser at en drastisk reduksjon av energibruken til bygninger er mulig. Energibehov til bygninger og transport bør også ses i sammenheng. Allerede i dag ser vi at el-biler lades opp fra det elektrisk nettet i bygninger, men denne koblingen vil i fremtiden kunne bli mye sterkere, og også gå begge veier. Figur 4-1 viser en slik kobling mellom bil og hus. Koblingen kan utføres ved at: I varme perioder og perioder med tilgjengelig solinnstråling vil huset være selvforsynt med både