Bygninger og energi Paradokser & paradigmer Rob Marsh Seniorforsker Arkitekt MAA PhD SBi Energi & Miljø Aalborg Universitet
Giv indeklimaet og økonomien et friskt pust Panasonic varmepumpe Luk op for varmen med en Panasonic varmepumpe, og nyd de fordele, det giver for hele familien. I får et sundt indeklima, varmebesparelser på op til 66% samt et miljøvenligt varmeanlæg, der er let at betjene. Varmepumpen kan også køle jeres bolig ned på varme sommerdage.
Fortid Nutid Fremtid
Fortid
Eksisterende bygningsmasse Samlet boligareal 1975-2005: Lav befolkningsvækst: + 7 % Voksende etageareal: + 50 % Faldende varmeforbrug: - 20 % Voksende elforbrug: + 70 % Relativ ændring (1975 = 100 %) 250% 200% 150% 100% 50% 0% 1975 1985 1995 2005 Figur 1. Relativ ændring Samlet i befolkningstal befolkning, etageareal Samlet etageareal Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Energistyrelsen, 2007).
Eksisterende bygningsmasse 250% Samlet kontorareal 1975-2005: Relativ ændring (1975 = 100 %) 200% Voksende etageareal: + 55 % 150% Stabilt varmeforbrug: + 10 % 100% Voksende elforbrug: + 160 % 50% 0% 1975 1985 1995 2005 Figur 1. Relativ ændring Samlet i befolkningstal befolkning, etageareal Samlet etageareal Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Energistyrelsen, 2007). Relativ ændring (1975 = 100 %) 250% 200% 150% 100% 50% 0% 1975 1985 1995 2005 Figur 3. Relativ Samlet ændring etageareal i etageareal og energiforbrug Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Dansk Ejendomsmæglerforening, 2007; Sadolin &
Eksisterende bygningsmasse Relativ ændring (1975 = 100 %) 250% Samlet kontorareal 1975-2005: 200% Voksende etageareal: + 55 % 150% Stabilt varmeforbrug: + 10 % 100% Voksende elforbrug: + 160 % 50% Relativ ændring (1975 = 100 %) 250% 200% 150% 100% 50% 0% 1975 1985 1995 2005 Figur 1. Relativ ændring Samlet i befolkningstal befolkning, etageareal Samlet etageareal Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Energistyrelsen, 2007). 0% 1975 1985 1995 2005 Figur 3. Relativ Samlet ændring etageareal i etageareal og energiforbrug Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Dansk Ejendomsmæglerforening, 2007; Sadolin &
Eksisterende bygningsmasse Faldende/stabilt varmeforbrug: - Efterisolering af klimaskærm & udskiftning af vinduer - Nye varmesystemer & skift i varmeforsyning - Stramninger i energibestemmelser
Eksisterende bygningsmasse Kraftigt stigende elforbrug: - Voksende ejerskab af elapparater - Vækst i vidensamfundet, IT/multimedie og serviceerhverv - Nye bygningstyper med stort elforbrug til belysning, ventilation, køling
Tidstypisk nybyggeri Nybyggede boliger 1975-2005: Faldende varmeforbrug: - 60 % Voksende elforbrug: + 10 % Primærenergiforbrug kwh/m 2 200 150 100 50 0 1975 1985 1995 2005 Figur 2. Primærenergiforbrug Varmeforbrug nybyggede boliger Elforbrug
Tidstypisk nybyggeri Primærenergiforbrug kwh/m 2 200 Nybyggede kontorer 1975-2005: 150 Faldende varmeforbrug: - 60 % Voksende 100 elforbrug: + 55 % 50 0 1975 1985 1995 2005 Figur 2. Primærenergiforbrug Varmeforbrug nybyggede boliger Elforbrug Primærenergiforbrug kwh/m 2 200 150 100 50 0 1975 1985 1995 2005 Figur 4. Primærenergiforbrug Varmeforbrug for nybyggede kontorer Elforbrug
Tidstypisk nybyggeri Primærenergiforbrug kwh/m 2 200 150 100 50 Primærenergiforbrug kwh/m 2 200 150 100 50 0 1975 1985 1995 2005 Figur 2. Primærenergiforbrug Varmeforbrug nybyggede boliger Elforbrug 0 1975 1985 1995 2005 Figur 4. Primærenergiforbrug Varmeforbrug for nybyggede kontorer Elforbrug Store forandringer siden 1970 ernes oliekrise: - Lovgivning med stort fald i bygningers varmeforbrug - Vidensamfundet med voksende og ureguleret elforbrug
Paradigme 1 Primærenergiforbrug Primærenergiforbrug Voksende Stigende elforbrug elforbrug Historisk snævre fokus på opvarmning fra 1977 til 2006 Fortid Faldende varmeforbrug Nutid Nutid Siger: Energibesparelser Mener: Varmebesparelser
Paradoks 1 Fokus på minimering af opvarmningsbehov har resulteret i voksende indeklimaproblemer og elforbrug Primærenergiforbrug kwh/m 2 250 200 150 100 Resten 50 0 1970'ernes bolig Opvarmning
Lavenergi-paradigmer: passiv solvarme Konceptet udviklet i 1960-70'erne: - Bjergområder i USA/Sydeuropa med rigeligt sollys om vinteren - Store vinduer mod syd så solen opvarmer bygningen Kommer til Danmark i 1970'erne til trods for anderledes klimaforhold: - Himlen er skyet eller overskyet 80 % af dagtimerne om vinteren - Velkendte forsøgsbyggerier med dokumenterede problemer med overophedning om sommeren
Lavenergi-paradigmer: passiv solvarme - Afgrænset lavenergi-paradigme med fokus på opvarmning - Passiv solvarme minimerer opvarmningsbehov Opvarmningsbehov kwh/m 2 60 40 20 0 Syd: 10 % 40 % 70 % Nord: 70 % 40 % 10 % Facadens glasandel som procentdel af facadeareal Figur 5. Opvarmningsbehov og passiv solvarme for en typisk bolig beregnet i henhold til BR-S98.
Lavenergi-paradigmer: passiv solvarme - 60 Udvidet lavenergi-paradigme Opvarmningsbehov kwh/m 2 med 40 fokus på opvarmning og eliminering af overophedning 20 - Ingen fordel fra passiv solvarme på grund af overophedning 0 Syd: 10 % 40 % 70 % Nord: 70 % 40 % 10 % Facadens glasandel som procentdel af facadeareal Figur 5. Opvarmningsbehov og passiv solvarme Primærenergiforbrug kwh/m 2 60 40 20 0 Syd: 10 % 40 % 70 % Nord: 70 % 40 % 10 % Facadens glasandel som procentdel af facadeareal Overtemperatur Opvarmning
Lavenergi-paradigmer: passiv solvarme Opvarmningsbehov kwh/m 2 60 40 20 0 Syd: 10 % 40 % 70 % Nord: 70 % 40 % 10 % Facadens glasandel som procentdel af facadeareal Figur 5. Opvarmningsbehov og passiv solvarme for en typisk bolig beregnet i henhold til BR-S98. Primærenergiforbrug kwh/m 2 60 40 20 0 Syd: 10 % 40 % 70 % Nord: 70 % 40 % 10 % Facadens glasandel som procentdel af facadeareal Overtemperatur Opvarmning Samme bygning; forskellige lavenergi-paradigmer: - Snævre lavenergi-paradigmer skaber usynlige problemer - Varmeforbrug erstattet af elforbrug
Lavenergi-paradigmer: mekanisk varmegenvinding Varmegenvindingseffekt: - Effektivitet: 65 % - 90 % Systemerne har et relativt højt elforbrug: - Dybe bygninger med indeliggende bad/wc kræver mekanisk ventilation dagen rundt, året rundt
Lavenergi-paradigmer: mekanisk varmegenvinding - Afgrænset lavenergi-paradigme med fokus på opvarmning - Mekanisk varmegenvinding minimerer opvarmningsbehov Opvarmningsbehov kwh/m 2 60 40 20 0 Mekanisk Mekanisk Naturlig udsugning varme- ventilation genvinding Figur 7. Opvarmningsbehov og ventilationsløsning for en typisk bolig beregnet i henhold til BR-S98.
Lavenergi-paradigmer: mekanisk varmegenvinding - 60 Udvidet lavenergi-paradigme Opvarmningsbehov kwh/m 2 med 40 fokus på opvarmning og elforbrug til teknik 20 - Ingen forskel mellem 0 naturlig ventilation og varmegenvinding Mekanisk Mekanisk Naturlig udsugning varme- ventilation genvinding Figur 7. Opvarmningsbehov og ventilationsløsning Primærenergiforbrug kwh/m 2 60 40 20 0 Mekanisk Mekanisk Naturlig udsugning varme- ventilation genvinding Figur 8. Primærenergiforbrug og ventilationsløsning Teknik Opvarmning
Lavenergi-paradigmer: mekanisk varmegenvinding Opvarmningsbehov kwh/m 2 60 40 20 0 Mekanisk Mekanisk Naturlig udsugning varme- ventilation genvinding Figur 7. Opvarmningsbehov og ventilationsløsning for en typisk bolig beregnet i henhold til BR-S98. Primærenergiforbrug kwh/m 2 60 40 20 0 Mekanisk Mekanisk Naturlig udsugning varme- ventilation genvinding Figur 8. Primærenergiforbrug og ventilationsløsning Teknik Opvarmning Samme bygning; forskellige lavenergi-paradigmer: - Snævre lavenergi-paradigmer skaber usynlige problemer - Varmeforbrug erstattet af elforbrug - Ingen besparelser i primærenergi indtil BR2010
Lavenergi-paradigmer 1990'ernes energi- og miljøvenlige boliger: Lavt energiforbrug? - Nej! - Lavt oparmningsbehov - Højt elforbrug - Højt kølebehov - Samme primærenergiforbrug som typiske boliger uden varmebesparelser - Store fremtidige problemer på grund af klimaændringer
Lavenergi-paradigmer 1990'ernes energi- og miljøvenlige boliger: Lavt energiforbrug? - Nej! - Lavt oparmningsbehov - Højt elforbrug - Højt kølebehov - Samme primærenergiforbrug som typiske boliger uden varmebesparelser - Store fremtidige problemer på grund af klimaændringer
Nutid
Energibestemmelser Før 2006: - Opvarmningsbehov Efter 2006: - Opvarmning - Varmt brugsvand - Køling/overtemperatur - Teknik - Belysning (dog ikke i boliger)
Energibestemmelser Før 2006: - Opvarmningsbehov Efter 2006: - Opvarmning - Varmt brugsvand - Køling/overtemperatur - Teknik - Belysning (dog ikke i boliger) - Vedvarende energiproduktion fra solfanger & solceller
Energibestemmelser Før 2006: - Opvarmningsbehov Efter 2006: - Opvarmning - Varmt brugsvand - Køling/overtemperatur - Teknik - Belysning (dog ikke i boliger) - Vedvarende energiproduktion fra solfanger & solceller - Vægtning i forhold til primærenergiforbrug: Fjernvarme/olie/gas: 1,0 Elektricitet: 2,5
Primærenergifaktorer Fjernvarmeforbrug: 1,00 kwh Elforbrug: 1,00 kwh Distributionstab: 0,25 kwh Eksport: 0,33 kwh Distributionstab: 0,05 kwh Spildvarme: 0,46 kwh Eget forbrug: 0,08 kwh Import: 0,26 kwh Produktionstab: 1,44 kwh Primærenergiforbrug: 0,79 kwh Primærenergiforbrug: 2,64 kwh Figur 10. Anvendt primærenergi forbundet med
Primærenergifaktorer Fjernvarmeforbrug: 1,00 kwh Elforbrug: 1,00 kwh Distributionstab: 0,25 kwh Eksport: 0,33 kwh Distributionstab: 0,05 kwh Spildvarme: 0,46 kwh Eget forbrug: 0,08 kwh Import: 0,26 kwh Produktionstab: 1,44 kwh Primærenergiforbrug: 0,79 kwh Primærenergiforbrug: 2,64 kwh Figur 10. Anvendt primærenergi forbundet med Energibestemmelser : 1,00 Primærenergiforbrug: 1,00 CO2-udslip: 1,00 Energibestemmelser: 2,50 Primærenergiforbrug: 3,30 CO2-udslip: 4,20
Primærenergifaktorer: Eksisterende boligmasse Varmeforbrug Elforbrug 19 % 81 % Målt energiforbrug
Primærenergifaktorer: Eksisterende boligmasse Varmeforbrug Elforbrug 19 % 38 % 62 % 81 % Målt energiforbrug Primærenergiforbrug
Primærenergifaktorer: Eksisterende boligmasse Varmeforbrug Elforbrug 19 % 38 % 62 % 51 % 49 % 81 % Målt energiforbrug Primærenergiforbrug CO2-udslip
Paradigme 2 Primærenergiforbrug Elforbrug: 70 % Varmeforbrug: 30 % Apparater: 40 % Belysning: 10 % Teknik: 10 % Overtemperatur: 10 % Varmt brugsvand: 10 % Opvarmning: 20 % Ikke omfattet af energibestemmelser: 50 % Omfattet af energibestemmelser: 50 % Fokus på primærenergi/co2 ændrer radikalt bygningers energibalance Energibestemmelserne dækker mindre end halvdelen af samlet primærenergiforbrug Nye bygningers energiforbrug
Paradoks 2 Nutidens fokus på energibestemmelserne og Lavenergiklasserne Primærenergiforbrug kwh/m 2 250 200 150 100 50 Resten Installationer Overtemperatur/køling Varmt brugsvand 0 2000'ernes 2000'ernes energ bolig Opvarmning
Paradoks 2 Nutidens fokus på energibestemmelserne og Lavenergiklasserne 2010: 25 % reduktion 2015: 50 % reduktion 2020: 75 % reduktion Primærenergiforbrug kwh/m 2 250 200 150 100 Resten 50 0 2020'ernes 2020'ernes lavene bolig Installationer Overtemperatur/køling Varmt brugsvand Opvarmning
Paradox 2 Nutidens fokus på energibestemmelserne og Lavenergiklasserne 2010: 25 % reduktion 2015: 50 % reduktion 2020: 75 % reduktion Resten forventet at vokse med 25% på grund af voksende elforbrug til IT/multimedia Primærenergiforbrug kwh/m 2 250 200 150 100 50 0 2020'ernes 2020'ernes lavene bolig Resten Installationer Overtemperatur/køling Varmt brugsvand Opvarmning Faktisk besparelser i samlet primærenergiforbrug = 30 %
Fremtid
Fremtid: Lavenergi-demonstrationsprojekter Vi har set fremtiden: - og det ser ikke så godt ud
Fremtid: Lavenergi-demonstrationsprojekter To større projekter rettet mod LE2015 eller Passive House standarder: - Komforthusene - Fremtidens Parcelhuse Afrapportering til Energiforskningsprogrammet 2007 Det Grønne Hus i samarbejde med SBi Erfaringsopfølgning på lavenergibyggeri klasse 1 og 2. - med "Fremtidens Parcelhuse" som eksempel Udarbejdet af: Lars Kristensen og Ole Michael Jensen (red.) Bidrag fra: Heidi Arvedsen (DGH), Niels Christian Bergsøe (SBi), Ole Michael Jensen (SBi), Henrik N. Knudsen (SBi), Jesper Kragh (SBi), Lars Kristensen (DGH), Tommy Olsen (DGH), Torben Valdbjørn Rasmussen (SBi) Vurdering af indeklimaet i hidtidigt lavenergibyggeri - med henblik på forbedringer i fremtidens lavenergibyggeri Tine Steen Larsen Udarbejdet for: Erhvervs- og byggestyrelsen DCE Contract Report No. 100 Institut for Byggeri og Anlæg
Fremtid: Lavenergi-demonstrationsprojekter Overordnede konklusioner: - For meget overophedning - Beboere overvejer køleanlæg - For meget glas med syd - Ingen/fast solafskærmning - Mekanisk ventilation projekteret for vinterforhold, not summer - Ikke muligt at bruge naturlig ventilation om sommeren - Beboerne kan ikke selv regulere indeklimaet - CTS kan ikke styre de tekniske installationer Afrapportering til Energiforskningsprogrammet 2007 Det Grønne Hus i samarbejde med SBi Erfaringsopfølgning på lavenergibyggeri klasse 1 og 2. - med "Fremtidens Parcelhuse" som eksempel Udarbejdet af: Lars Kristensen og Ole Michael Jensen (red.) Bidrag fra: Heidi Arvedsen (DGH), Niels Christian Bergsøe (SBi), Ole Michael Jensen (SBi), Henrik N. Knudsen (SBi), Jesper Kragh (SBi), Lars Kristensen (DGH), Tommy Olsen (DGH), Torben Valdbjørn Rasmussen (SBi) Udarbejdet for: Erhvervs- og byggestyrelsen Vurdering af indeklimaet i hidtidigt lavenergibyggeri - med henblik på forbedringer i fremtidens lavenergibyggeri Tine Steen Larsen DCE Contract Report No. 100 Institut for Byggeri og Anlæg
Paradoks 3 Primærenergiforbrug Stigende køling Minimering af opvarmningsbehov resulterer i Faldende opvarmning Voksende kølebehov 6 Nutid Fremtid
Paradigme 3 Varmebancen i nye lavenergibygninger er radikalt anderledes: - Minimeret varmetab - Voksende elforbrug - Store glasfacader - Voksende brugerbehov - Klimaforandringer Sommerforhold kommer til at dominere; ikke vinterforhold
Hvad er en lav/nulenergibygning? - Har vi brug for bredere krav til energi-, miljø- og indeklimafohold?
Hvad er en lav/nulenergibygning? - Har vi brug for bredere krav til energi-, miljø- og indeklimafohold? Hvordan skal passive and aktive løsninger balanceres? - Regulative krav til bygningsdesign, materialer og/eller teknologier?
Hvad er en lav/nulenergibygning? - Har vi brug for bredere krav til energi-, miljø- og indeklimafohold? Hvordan skal passive and aktive løsninger balanceres? - Regulative krav til bygningsdesign, materialer og/eller teknologier? Hvordan kan brugere og beboere styre/ regulere lav/nulenergibygninger? - Kan vi åbne vinduerne?
Digitalt værktøj for arkitektonisk energioptimering tidligt i designfasen
torsdag 19. januar 2012 www.apluse.dk
Tak for opmærksomheden! rom@sbi.dk www.bygninger-energi-klima.dk