NORDIC BUILT ACTIVE ROOFS AND FACADES IN SUSTAINABLE RENOVATION

Transkript

1 NORDIC BUILT ACTIVE ROOFS AND FACADES IN SUSTAINABLE RENOVATION REPORT ACTIVE ROOFS AND FACADES PEDER VEJSIG PEDERSEN MARCH 2018 CENERGIA A PART OF KUBEN MANAGEMENT

2 Active Roofs and Facades Aktive Tage og Facader Eksempler på bygningsindpassede solceller, BIPV, som planlægges opført som demo-site på Teknologisk Institut i Taastrup i løbet af foråret I det følgende opstilles en række eksempler på gode bygningsindpassede solcelleløsninger (BIPV), hvoraf nogle, i samarbejde med bl.a. Solarplan, vil blive udvalgt til demonstration på en ny BIPV demosite på Teknologisk Institut. Indsatsen vedr. dette har opnået støtte både fra ForskVE og EUDP projektet Ny BIPV Teknologi samt fra det Nordiske projekt Active Roofs and Facades in Sustainable Construction, der er støttet af Nordic Innovation og EUDP. Peder Vejsig Pedersen, Cenergia en del af Kuben Management 1

3 Active Roofs and Facades... 1 Nordic Built Active Roofs and Facades in Sustainable construction Solcelle løsning fra Solartag i kombination med Steni tagplader med op til 60 års levetid. Kan både anvendes til tage og facader Solceller i røde tegltage vinder forslag fra Henning Larsen Arkitekter og Gaia Solar i indbudt arkitekt konkurrence, december EUDP- BIPV projekter a) I Roof solcelle montage system med tilpasning af solceller til hele taget på en æstetisk god måde her Uldum Højskole. Leveres af Vitral b) Det Ny Tag / Climate Cover c) Store solcellemoduler fra Racell, der kan fås i alle farver og størrelser op til 3 m x 6 m, samt mulighed for indbygget PVT løsning med solvarmeelement, der køler solcellerne f.eks. via en varmepumpe d) Forslag til solcelletag med store 5,5 m² Racell solcellemoduler til vaskeri i 3B Bebyggelsen Måløv Park e) Prisbilligt montagesystem for Vinklede Solceller til facader og gavle Københavnertag med solceller, Søpassagen på Østerbro, som blev udviklet i samarbejde med Københavns Kommune og Solarplan v. arkitekt maa Klaus Boyer Rasmussen Facade- eller tagløsning med solceller og facade- eller tagindpasset decentral ventilationsenhed med varmegenvinding Farvede og helt hvide solcellepaneler Bifaciale solceller Fleksible tyndfilm solceller Nye facadeindpassede solceller, der kan udnytte coatede glas i alle former. Anvendt til Copenhagen International School i Modular Skylight fra VELUX AktivHus byggeri med BIPV løsninger Case Filmhusene, et svanemærket 2020 byggeri med varmepumpe drift og med forslag til Innogie BIPV solcelletag Behov for fremtidigt udviklings arbejde

4 Nordic Built Active Roofs and Facades in Sustainable construction This project has been realised with a cooperation between all 5 Nordic countries from 2014 to 2018 with Cenergia as project leader. Information and results can be seen in the website, hvor der også er en kopi af nærværende rapport. Nordic Built is an initiative to join forces in the Nordic countries and capitalise on common strengths to deliver the sustainable solutions, the Nordic Region and the world demands. The Nordic Built Charter has been designed to lead the way. The Nordic Region has benefits of a unique common culture, which makes a cooperation much easier than what is the case for European countries as a whole. The Nordic Built Charter is based on 10 common principles that supplement each other in a good way and at the same time reflect the common cultural background in the Nordic countries. There is no doubt, that The Active Roofs and Facades in Sustainable Renovation project have had most focus on the principles 4 and 5, aiming to: Achieve zero emission over its lifetime Is functional, smart and aesthetically appealing, building on the best of the Nordic Design traditions. Besides support of important demonstration projects like the Nordic Built Challenge winner project Ellebo Garden Room and use of decentralised ventilation in connection to school renovation with the city of Copenhagen, a lot of work has been made in relation to building integrated solar energy mainly focussing on BIPV. Here was supported the transformation towards building materials, which are low cost as well as electricity producing (e.g. can be mentioned the cooperation between Gaia Solar now replaced by Solartag from Denmark and the Norwegian producer Steni, which was nominated for the Danish Design Awards 2017). Also the realisation of a BIPV Demosite in Copenhagen with hands-on examples as well as the Living in Light Box, which is a small CO 2 neutral Active House with BIPV. For the future, it is aimed to support further Nordic implementation by help of the developed database and by creating a campaign for use of BIPV and the development of Smart Energy CO 2 neutral Active House city areas. Active House is both an international alliance covering Europe, America and China as well as a sustainable building standard focussing on Energy, Comfort and Sustainability and is in this way giving a practical way to implement most of the Nordic Built Charter principles in practice. In 2016, a new Active House labelling scheme was launched. As a very important quality, there is also here a focus on performance documentation, so you will have to prove in practice, that the aimed qualities are met. ( Peder Vejsig Pedersen Cenergia a part of Kuben Management 3

5 Demo-site for BIPV og Aktive Tage og Facader på Teknologisk Institut Udstillingsplatform for Solceller på Teknologisk Institut Formål På Teknologisk Institut i Høje Tåstrup etableres i foråret 2018 en udstillingsplatform til brug for firmaer, som gerne vil fremvise deres solcelleprodukter, og ikke blot som enkeltelementer, men som sammenhængende installationer i op til 15 m 2 i tagform og mellem 4 m 2 og 5 m 2 som facadeløsning, afhængig af den konkrete udformning. Meningen med denne udstillingsplatform er at fremme solcellernes synlighed for boligforeninger, private boliger, virksomheder, kommuner og andre som måtte være interesserede i at investere i solceller ikke mindst i forbindelse med bygningsrenovering, men i høj grad også ved nybyggeri, herunder at vise hvad markedet byder på af løsningsmuligheder. Det giver, for den potentielle kunde, mulighed for at komme tæt på et etableret anlæg, blive bekendt med hvordan det fungerer samt vurdere den visuelle fremtoning. De udstillede anlæg vil blive fremvist i dette neutrale område og fremtræde ligeværdige. Forevisning for interesserede vil blive forestået af Teknologisk Institut. Men de enkelte leverandører er velkomne til at efterlade info-materiale omkring de udstillede anlæg hhv. produkter. Situationsplan 4

6 Til etablering af taganlæg Til etablering af facadeanlæg 5

7 Til etablering af facadeanlæg Til etablering af facadeanlæg 6

8 1. Solcelle løsning fra Solartag i kombination med Steni tagplader med op til 60 års levetid. Kan både anvendes til tage og facader. Her ses det første forslag til sammenkobling af Steni tagplader med solceller i samme format fra tidlige Gaia Solar og Solar Tag Vist på Building Green i 2014, efter at de 2 firmaer var bragt sammen på Nordic Built ARF opstartsmøde i juni 2014 Og senere udgave vist på Building Green i

9 Illustration af tag med solceller, der stort set har helt samme udseende, som Steni-pladerne. Hus med denne kombinerede tagløsning. Løsningen var nomineret til Danish Design Awards Fuglsangcentret har fået 6000 m 2 tag med kombination af STENI Protegotag, lader og solceller fra Solartag 8

10 Kilde: Solartag brochure 9

11 2. Solceller i røde tegltage vinder forslag fra Henning Larsen Arkitekter og Gaia Solar i indbudt arkitekt konkurrence, december Løsninger planlægger opført til Landsdommer gården bebyggelsen i København NV i løbet af

12 3. EUDP- BIPV projekter a) I Roof solcelle montage system med tilpasning af solceller til hele taget på en æstetisk god måde her Uldum Højskole. Leveres af Vitral 11

13 b) Det Ny Tag / Climate Cover Løsning med en ny tagtype, som indeholder EUDP støttet system for indpasning af solceller i kombination med andre materialer. Indeholder også en specialudviklet taghætte for ventilation, der ikke giver skygger. Udviklet af Komproment, og kan leveres med mange typer tagmaterialer. Blev lanceret på Byggeri16 d. 2. marts Climate Cover løsning med 15 kwp solceller opført til boligforeningen Ringgården i Aarhus 12

14 c) Store solcellemoduler fra Racell, der kan fås i alle farver og størrelser op til 3 m x 6 m, samt mulighed for indbygget PVT løsning med solvarmeelement, der køler solcellerne f.eks. via en varmepumpe. Herunder er vist facadeløsning til Bolig+ projektet, som er etableret på Søborg Hovedgade i Gladsaxe Kommune, og som netop udnytter de store Racell solcellemoduler. 13

15 d) Forslag til solcelletag med store 5,5 m² Racell solcellemoduler til vaskeri i 3B Bebyggelsen Måløv Park. En enkel vandret samling, kan man nøjes med her. Indsatsen her afslutter EUDP projektet Prisbilligt Solcelletag som Komplet Klimaskærm, som er gennemført i samarbejde med boligforeningen 3B og koordineret af Solarplan Der er etableret fuldt undertag af tagpap og registrering af, om der er problemer i praksis med vandindtrængning. 14

16 Taget på vaskehuset fungerer som prøvetag inden der skal ske tagrenovering for hele bebyggelsen med 330 lejligheder. 15

17 e) Prisbilligt montagesystem for Vinklede Solceller til facader og gavle Planlagt anvendt til Living in Light byfornyelsesprojekt i Valby og vil indgå i BIPV Demosite på TI. Prototype hertil er fremstillet af SolarLab Vinderprojekt fra Aarstidernes Arkitekter i arkitektkonkurrence organiseret af boligselskabet, Fruehøjgaard i Herning. Boliger med varmegenvindingsanlæg 35 gr hældning 15 gr hældning Altan Friskluft 35 gr hældning Vinklede solcellepaneler som facadeskærm hhv dørskodde. Hældning kan varieres. 16

18 4. Københavnertag med solceller, Søpassagen på Østerbro, som blev udviklet i samarbejde med Københavns Kommune og Solarplan v. arkitekt maa Klaus Boyer Rasmussen. BIPV solcelle løsning for andelsboligforeningen Søpassagen. Integreret solcelleløsning for den synlige del af taget, desuden almindelige solcellepaneler på det flade, ikke synlige tag. I alt 45 kwp 17

19 Flot BIPV solcelle integration på et "gammelt" Københavner tag. Andelsboligforeningen Søpassagens byfornyelse, med udskiftning af skifertag med solcellepaneler. De færreste lægger mærke til, at det er et solcelle tag. 18

20 Søpassagen var best practice i Københavns kommunes pjece med rådgivning om solceller. Denne arkitektoniske fine løsning blev etableret tilbage i 2011, og var især på grund af et forholdsvist dyrt montagesystem, noget dyrere end normale solcelle løsninger til tage. En variant af denne løsning er anvendt til enfamiliehus i Hellerup. 19

21 Den vestvendte del af taget på huset i Hellerup blev udført med solceller samtidig med renovering af det gamle hus med nyt skifter tag og nye vinduer. Forslag til indpasnings muligheder fra Solarplan er vist på næste side 20

22 21

23 5. Facade- eller tagløsning med solceller og facade- eller tagindpasset decentral ventilationsenhed med varmegenvinding. Solcelledrevet ventilation med varmegenvinding haves til test på Teknologisk Institut, som element indbygget i normal tag- eller facadekonstruktion. Tegl Brugt luft føres til afkast langs siden af solcellemodul Afkast Friskluft tilgang fra hulrum under tegl Solcelle panel Indblæsning Tegl Spær Isolering Luftudsugning fra rum Adgang fra rum bagved installation Ecovent/Øland genvinder til bygningsindpasning samt "infilter" automatisk filterboks og batteri til udjævning af elforbrug. - omkoblingsmulighed for sommerdrift med mulighed for kun udsugning og ingen indblæsning. Luftmængde op til 250 m³/h. 22

24 Ifølge Aarhus Universitet kan det være optimalt med 80% vindenergi og 20% solcellestrøm i Danmark 23

25 6. Farvede og helt hvide solcellepaneler Der bliver ved med at komme nye teknologier frem inden for bygningsindpassede solceller, så man efterhånden kan få alle de farver, der ønskes. De schweiziske F&U organisationer CSEM og EPFL har lanceret muligheder dels for at fremstille solceller i mange forskellige farver med farvecoatede glas foran ganske almindelige monokrystalinske solceller og dels ved brug af reflektive film, der fjerner de synlige bølgelængder for lys mellem 350 og 700 nm, mens det infrarøde område over 700 nm som udgør den største del af det, solceller bruger til at producere elektricitet tillades at passere. Dette betyder, at disse typer solceller bliver helt hvide, samtidigt med at de stadigvæk kan udnytte % procent af solens lys sammenlignet med de %, som almindelige monokrystalinske solceller kan udnytte. Patenterne for de her nævnte teknologier findes hos CSEM og det schweiziske firma Solaxess og forhandler af de hvide solcelleelementer er bl.a. firmaet Issol fra Belgien, mens de farvede solcelleelementer bl.a. forhandles af Emirates Insolaire. Sidstnævnte teknologi er bl.a. anvendt til Copenhagen International School (CIS) campus i Københavns Nordhavn, med m² BIPV paneler i en blå/ grønlig farve, som er en af de største BIPV anlæg i Europa. 7. Bifaciale solceller Ideen med at fremstille solceller der både kan udnytte solenergi via forsiden og bagsiden som såkaldte bifaciale solceller har været dyrket i mange år. Med de nyeste typer tynde glas/glas solcellemoduler er det muligt at få leveret denne type solceller til en forholdsvis begrænset merpris. Et eksempel er bifaciale solceller fra firmaet Meyer Burger i Schweiz, der har leveret nedenstående løsning til en erhvervsbygning, hvor bifaciale solceller blev monteret uden på en hvidmalet væg. Påregnet ekstra ydelse er omkring 20 %. 24

26 8. Fleksible tyndfilm solceller Allerede i år 2005 udviklede Kuben Management, Cenergia, Rubow Arkitekter og VELUX den CO 2 neutrale tagbolig SOLTAG, som nu er opstillet ved VELUX hovedsæde i Hørsholm. De anvendte fleksible tyndfilm solceller var fremstillet af det amerikanske firma Unisolar med ca. 8 % effektivitet. Metaltag løsning blev leveret af det finske firma Ruukki. Her i år 2018 er det muligt at anskaffe samme type fleksible solceller i en CIGS kvalitet med en ca. 13 % effektivitet fra firmaet Flisom i Schweiz. Og man forventer at effektiviteten kan øges til 15 %. Et interessant Dask eksempel på denne type solceller i form af plast solceller kan leveres a firmaet PV Infinity, der udspringer af mange års F&U arbejde på DTU/ Risø. Den type solceller har et perspektiv om en uhyre lav produktionspris og en efterhånden acceptabel levetid. Fordelen er at den kan limes på stort set alle overflader og her give mulighed for mange niche anvendelser, f. eks. til drift af afkast ventilatorer til forhindring af overophedning. 25

27 9. Nye facadeindpassede solceller, der kan udnytte coatede glas i alle former. Anvendt til Copenhagen International School i 2017 Copenhagen International School i Nordhavn i København med solceller (6.000 m²) på alle facader (720 kwp), og er det største BIPV anlæg i Europa. (maj 2017) 26

28 27

29 10. Modular Skylight fra VELUX. Ved Building Green 2016 fremviste VELUX deres Modular Skylight produkt, som kan fås med indbyggede solceller 28

30 29

31 11. AktivHus byggeri med BIPV løsninger Den Internationalmåle Active House Alliance, se www. activehouse.info., har eksisteret siden 2009 og har i 2026 lanceret en egentlig mærkningsordning for AktivHus byggeri. Byggeriet Green Solution house, som er et renoveret hotelbyggeri på Bomholm har fået udført en AktivHus mærkning samt DGNB certificering. Også Copenhagen International School får udført en AktivHus mærkning som et godt eksempel på fremtidens næsten 0-energibyggeri som er et krav ifm. EU s bygningsdirektiv. Aktiv Hus radaren anvendes som mærknings værktøj til at kommunikere et byggeris Aktiv Hus kvalitet indenfor energi, komfort og bæredygtighed samt anvendes samtidigt til performance dokumentation, bla. med en online radar som det er tilfældet for Green Solution House. Bygningsindpassede solceller giver både en bedre vurdering for CO 2 belastning, primær energiforbrug og energi forsyningen. 30

32 Nordic Built principles / charter: Made for people, promotes quality for life Pushes limits for sustainable performance Merges urban living with qualities of nature Achieves zero emmisions over lifecycle Functional, smart and aesthetically appealing Robust, durable, flexible and timeless, built to last Utilises local resources, adapted to local conditions Partnerships across borders and disciplines Scalable and global usable concepts Profits people, business and environment Modular Skylight med solceller blev anvendt som led i Active House løsning på Bornholm. 31

33 32

34 12. Case Filmhusene, et svanemærket 2020 byggeri med varmepumpe drift og med forslag til Innogie BIPV solcelletag 13. Behov for fremtidigt udviklings arbejde På sigt vil solenergi være den dominerende energiform i verden. Dette gør BIPV løsninger uhyre relevante. 33

35 Prisen på solpaneler er faldet 36 pct. om året siden Prisen på moduler til solcelleanlæg er faldet med en faktor 10 igennem årene 2008 til 2015 fra USD 4,1 pr. watt i 2008 til USD 0,41 pr. watt i år, og det forventes, at prisen bliver halveret inden Figuren viser det store fald i omkostninger siden Solenergi udgør kun en brøkdel af den globale energiforsyning, men vokser meget hurtigt. I 2016 steg produktionen af solenergi med hele 32 pct. til 400 GWp. Solenergiens andel af verdens samlede energiproduktion er fortsat lav med tæt på 2% i 2017, men andelen fordoblet på blot to år. Installationen af solceller vokser så kraftigt, at 15 pct. af væksten i den globale el-produktion i 2014 (BP Energy Outlook 2014) kom herfra. 34

36 Kilde: Solarfaktor 2030 Copenhagen. DI Dansk Industri. Stefan Nowak, Chair IEA PVPS Kilde: Solarfaktor 2030 Copenhagen. DI Dansk Industri. Stefan Nowak, Chair IEA PVPS. 35

37 Kilde: Solarfaktor 2030 Copenhagen. DI Dansk Industri. Stefan Nowak, Chair IEA PVPS Kilde: Solarfaktor 2030 Copenhagen. DI Dansk Industri. Stefan Nowak, Chair IEA PVPS. 36

38 Kilde: Solarfaktor 2030 Copenhagen. DI Dansk Industri. Peder Andreas Sattrup. Danske Arkitekt Virksomheder Kilde: Solarfaktor 2030 Copenhagen. DI Dansk Industri. Peder Andreas Sattrup. Danske Arkitekt Virksomheder 37

39 Kilde: Solarfaktor 2030 Copenhagen. 38

40 Best practice byggerier, der indgår i Kampagnen for CO2 neutralt AktivHus byggeri, vil blive dokumenteret på Foreningen Bæredygtige Byer og Bygninger, European Green Cities databasen hvor der også er mulighed for at vise performance dokumentation vedr. Energi, Komfort og Bæredygtighed 39

41 I 2017, har også firmaet Tesla lanceret et bud på fremtidens solcelletage, som kan kombineres med Teslas batteriløsning Powerwall. Der er tale om løsninger, som allerede vil blive markedsført i Europa fra

42 41

43 42

44 43

45 ØST/ VEST ORIENTEREDE SOLCELLER De senere år har der været en udvikling i gang med brug af øst / vest orienterede solceller som alternativ til sydvendte. Ydelsen er en smule lavere på årsbasis, men det kan være en fordel af de giver mere morgen og aften. Og for flade tag betyder løsningen at man kan dække hele taget med solceller, hvor sydvendte står i rækker med mellemrum i mellem aht. skygger. Herved beskyttes taget bedre mod sollyset. Kilder: 44

46 Kilder: 45

47 FILMHUSENE Filmhusene er lavenergi klasse 2020 byggeri med varmepumpe opvarmning. Byggeriet er svanemærket af Bygherren, Bonava. Placeringen er i Fusesø kommune på den gammel Værløse Flyvestation, og førte afsnit udføres med 34 boliger. Samlet realiseres 130 boliger Figur 1. Boliger plan 46

48 Figur 2. Facader plan 47

49 Boligtype Solceller produktion af Bolig 1 Energibalance FilmHusen Energi balance-. Bolig 1 Oppvarmet bruttoareal 113 m 2 January February March April May June July August September October November December Samlet, kwh/m2 Samlet, kwh Belysning 1,5 1,3 1,4 1,1 1,1 1 1,1 1,2 1,3 1,5 1,4 1,5 15,4 1940,4 Varmepumpe 1 0,8 0,9 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,7 1 6,5 819 ventilatorer 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 2,4 302,4 Pump 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 1,2 151,2 Apparatur 1,1 1,0 1,1 1,4 1,5 1,5 1,5 1,4 1,2 1,1 1,1 1,1 15,0 1885,0 EL Samlet, kwh/m 2 3,9 3,4 3,7 3,1 3,2 3,1 3,2 3,2 3,1 3,2 3,5 3,9 40,5 EL Samlet, kwh El produktion, kwh/m 2 0,5 1,1 2,6 4,4 5,8 5,8 6 5,2 3,4 1,8 0,6 0,4 37,6 El produktion, kwh El balance med apparatur, kwh/m 2 3,4 2,3 1,1-1,3-2,6-2,7-2,8-2,0-0,3 1,4 2,9 3,5 2,9 El balance med apparatur, kwh

50 49

51 50

52 51

53 Kilde: 52