Arkitektur, energi & klima i helhedsperspektiv Rob Marsh, Seniorforsker Arkitekt MAA PhD SBi Energi & Miljø, Aalborg Universitet
Fortid Nutid Fremtid Paradigme
Fortid
Eksisterende bygningsmasse Samlet boligareal 1975-25: Lav befolkningsvækst: + 7 % Voksende etageareal: + 5 % Faldende varmeforbrug: - 2 % Voksende elforbrug: + 7 % Relativ ændring (1975 = 1 %) 25% 2% 15% 1% 5% % 1975 1985 1995 25 Figur 1. Relativ ændring Samlet i befolkningstal befolkning, etageareal Samlet etageareal Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Energistyrelsen, 27).
Eksisterende bygningsmasse 25% Samlet kontorareal 1975-25: Relativ ændring (1975 = 1 %) 2% Voksende etageareal: + 55 % 15% Stabilt varmeforbrug: + 1 % 1% Voksende elforbrug: + 16 % 5% % 1975 1985 1995 25 Figur 1. Relativ ændring Samlet i befolkningstal befolkning, etageareal Samlet etageareal Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Energistyrelsen, 27). Relativ ændring (1975 = 1 %) 25% 2% 15% 1% 5% % 1975 1985 1995 25 Figur 3. Relativ Samlet ændring etageareal i etageareal og energiforbrug Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Dansk Ejendomsmæglerforening, 27; Sadolin &
Eksisterende bygningsmasse Relativ ændring (1975 = 1 %) 25% Samlet kontorareal 1975-25: 2% Voksende etageareal: + 55 % 15% Stabilt varmeforbrug: + 1 % 1% Voksende elforbrug: + 16 % 5% Relativ ændring (1975 = 1 %) 25% 2% 15% 1% 5% % 1975 1985 1995 25 Figur 1. Relativ ændring Samlet i befolkningstal befolkning, etageareal Samlet etageareal Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Energistyrelsen, 27). % 1975 1985 1995 25 Figur 3. Relativ Samlet ændring etageareal i etageareal og energiforbrug Samlet varmeforbrug Samlet elforbrug (Dansk Ejendomsmæglerforening, 27; 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 1975-25: Faldende varmeforbrug: - 6 % Voksende elforbrug: + 1 % Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 15 1 5 1975 1985 1995 25 Figur 2. Primærenergiforbrug Varmeforbrug nybyggede boliger Elforbrug
Tidstypisk nybyggeri Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 Nybyggede kontorer 1975-25: 15 Faldende varmeforbrug: - 6 % Voksende 1 elforbrug: + 55 % 5 1975 1985 1995 25 Figur 2. Primærenergiforbrug Varmeforbrug nybyggede boliger Elforbrug Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 15 1 5 1975 1985 1995 25 Figur 4. Primærenergiforbrug Varmeforbrug for nybyggede kontorer Elforbrug
Tidstypisk nybyggeri Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 15 1 5 Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 15 1 5 1975 1985 1995 25 Figur 2. Primærenergiforbrug Varmeforbrug nybyggede boliger Elforbrug 1975 1985 1995 25 Figur 4. Primærenergiforbrug Varmeforbrug for nybyggede kontorer Elforbrug Store forandringer siden 197 ernes oliekrise: - Lovgivning med stort fald i bygningers varmeforbrug - Vidensamfundet med voksende og ureguleret elforbrug
Nutid
Energibestemmelser Før 26: - Opvarmningsbehov Efter 26: - 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, Elektricitet: 2,5
Primærenergifaktorer Fjernvarmeforbrug: 1, kwh Elforbrug: 1, kwh Distributionstab:,25 kwh Eksport:,33 kwh Distributionstab:,5 kwh Spildvarme:,46 kwh Eget forbrug:,8 kwh Import:,26 kwh Produktionstab: 1,44 kwh Primærenergiforbrug:,79 kwh Primærenergiforbrug: 2,64 kwh Figur 1. Anvendt primærenergi forbundet med Energibestemmelser : 1, Primærenergiforbrug: 1, CO2-udslip: 1, Energibestemmelser: 2,5 Primærenergiforbrug: 3,3 CO2-udslip: 4,2 - Elbesparelser 3-4 gange mere effektive end varmebesparelser
Primærenergifaktorer: Eksisterende boligmasse Varmeforbrug Elforbrug 19 % 38 % 62 % 51 % 49 % 81 % Målt energiforbrug Primærenergiforbrug CO2-udslip
Samlet primærenergiforbrug Nye boliger: Samlet primærenergiforbrug består af: - Elforbrug: 65 % - Varmeforbrug: 35 % Af det samlede primærenergiforbrug: - Ikke omfattet af BR8: 45 % - Omfattet af BR8: 55 % Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 15 1 5 Elforbrug: 65 % Varme: 35 % Apparater: 39 % Belysning: 7 % Teknik: 8 % Overtemperatur: 11 % Varmt brugsvand: 12 % Opvarmning: 23 % Figur 11. Samlet primærenergiforbrug for typiske nye boliger fordelt på forskellige energirelaterede komponenter. Ikke omfattet af BR8: 46 % Omfattet af BR8: 54 %
Samlet primærenergiforbrug Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 Nye kontorer: Samlet 15 primærenergifor Ikke Apparater: 39 % omfattet består Elforbrug: af: af BR8: 1 65 % 46 % Belysning: 7 % - Elforbrug: 8 % Teknik: 8 % Overtemperatur: 11 % Omfattet - Varmeforbrug: 5 2 % Varme: 35 % Varmt brugsvand: 12 % Opvarmning: 23 % Af det samlede primærenergiforbrug: Figur 11. Samlet primærenergiforbrug for rbrug af BR8: 54 % - Ikke omfattet af BR8: 55 % - Omfattet af BR8: 45 % Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 15 1 5 Elforbrug: 79 % Varme: 21 % Apparater: 53 % Belysning: 9 % Teknik: 6 % Overtemperatur: 1 % Varmt brugsvand: 5 % Opvarmning: 16 % Figur 12. Samlet primærenergiforbrug for typiske nye kontorer fordelt på forskellige energirelaterede komponenter. Ikke omfattet af BR8: 53 % Omfattet af BR8: 47 %
Samlet primærenergiforbrug Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 15 Apparater: 39 % Elforbrug: 1 65 % Belysning: 7 % Teknik: 8 % Overtemperatur: 11 % 5 Varme: Varmt brugsvand: 12 % 35 % Opvarmning: 23 % Figur 11. Samlet primærenergiforbrug for Ikke omfattet af BR8: 46 % Omfattet af BR8: 54 % Primærenergiforbrug kwh/m 2 2 15 1 Elforbrug: 79 % Apparater: 53 % Belysning: 9 % Teknik: 6 % 5 Overtemperatur: 1 % Varmt brugsvand: 5 % Varme: 21 % Opvarmning: 16 % Figur 12. Samlet primærenergiforbrug for Ikke omfattet af BR8: 53 % Omfattet af BR8: 47 % Paradigmeskifte i nye bygningers energiforbrug: - Fokus er flyttet fra varme til el - Størstedelen af forbrug er ikke omfattet af bestemmelserne - Kræver bredt spektrum af løsninger som spiller sammen
Fremtid
Klimaændringer i Danmark DMIs prognose: - Stigninger på 3 o C for vinter- og sommertemperaturer frem til 285 CO 2 -koncentration ppm 4 375 35 325 1,2 1,,8,6 Temperaturstigning C 3,4 275,2 25 185 19 195 2, Figur 15. Atmosfærisk CO -koncentration og CO 2 -koncentration Temperaturstigning (IPCC, 27).
Klimaændringer og energiforbrug Nye boliger 21-285: Opvarmning falder: - 3 % Køling vokser: + 4 % Primærenergiforbrug kwh/m 2 6 5 4 3 2 1 21 235 26 285 Figur 17. Opvarmning Primærenergiforbrug til opvarmning og køling Køling
Klimaændringer og energiforbrug 6 Nye kontorer 21-285: Primærenergiforbrug kwh/m 2 5 Opvarmning falder: - 15 % 4 Køling 3 vokser: + 4 % 2 1 21 235 26 285 Figur 17. Opvarmning Primærenergiforbrug til opvarmning og køling Køling Primærenergiforbrug kwh/m 2 6 5 4 3 2 1 21 235 26 285 Opvarmning Køling
Klimaændringer og energiforbrug Primærenergiforbrug kwh/m 2 6 5 4 3 2 Primærenergiforbrug kwh/m 2 6 5 4 3 2 1 1 21 235 26 285 Figur 17. Opvarmning Primærenergiforbrug til opvarmning og køling Køling 21 235 26 285 Opvarmning Køling Klimaændringer betyder: - Sommerforhold kommer til at dominere; ikke vinterforhold - Behov for klimatilpasning af lavenergibygninger - Fokus på fremtidens klima; ikke fortidens
Paradigme
Primærenergiforbrug Primærenergiforbrug Voksende Stigende elforbrug elforbrug Historisk snævre fokus på opvarmning fra 1977 til 26 Siger: Energibesparelser Mener: Varmebesparelser Fortid Faldende varmeforbrug Nutid Nutid Har skabt negative indeklima- og energiproblemer
Lavenergi-paradigmer: passiv solvarme Konceptet udviklet i 196-7'erne: - Bjergområder i USA/Sydeuropa med rigeligt sollys om vinteren - Store vinduer mod syd så solen opvarmer bygningen Kommer til Danmark i 197'erne til trods for anderledes klimaforhold: - Himlen er skyet eller overskyet 8 % 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 6 4 2 Syd: 1 % 4 % 7 % Nord: 7 % 4 % 1 % 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 - 6 Udvidet lavenergi-paradigme Opvarmningsbehov kwh/m 2 med 4 fokus på opvarmning og eliminering af overophedning 2 - Ingen fordel fra passiv solvarme på grund af overophedning Syd: 1 % 4 % 7 % Nord: 7 % 4 % 1 % Facadens glasandel som procentdel af facadeareal Figur 5. Opvarmningsbehov og passiv solvarme Primærenergiforbrug kwh/m 2 6 4 2 Syd: 1 % 4 % 7 % Nord: 7 % 4 % 1 % Facadens glasandel som procentdel af facadeareal Overtemperatur Opvarmning
Lavenergi-paradigmer: passiv solvarme Opvarmningsbehov kwh/m 2 6 4 2 Syd: 1 % 4 % 7 % Nord: 7 % 4 % 1 % 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 6 4 2 Syd: 1 % 4 % 7 % Nord: 7 % 4 % 1 % 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 199'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
Hvad er en lavenergibygning? Vores paradigme for 'lavenergi' har forandret sig: 1.Traditionelle varmebesparelser 2.Energibestemmelser 3.CO2-neutralitet
1: Traditionelle varmebesparelser Fokus på opvarmning: - Kun 2% af samlet primærenergi Total primary energy consumption kwh/m2 2 15 1 5 Reference Typisk
1: Traditionelle varmebesparelser Fokus på opvarmning: - Kun 2% af samlet primærenergi Total primary energy consumption kwh/m2 2 15 1 5 Reference Typisk
1: Traditionelle varmebesparelser Opvarmning reduceres med 8 % til under 15 kwh/m 2 - Samlet besparelse kun 2 % Total primary energy consumption kwh/m2 2 15 1 5 Reference Typisk Target Mål
1: Traditionelle varmebesparelser Opvarmning reduceres med 8 % til under 15 kwh/m 2 - Samlet besparelse kun 2 % - 'Passivehuse'
2: Energibestemmelser Fokus på: Opvarmning Varmt brugsvand Overophedning/køling Teknik - 5% af samlet primærenergi - Kan ikke stille krav til apparater på grund af Byggeloven Total primary energy consumption kwh/m2 2 15 1 5 Reference Typisk
2: Energibestemmelser Fokus på: Opvarmning Varmt brugsvand Overophedning/køling Teknik - 5% af samlet primærenergi - Kan ikke stille krav til apparater på grund af Byggeloven Total primary energy consumption kwh/m2 2 15 1 5 Reference Typisk
2: Energibestemmelser Politisk målsætning om 75 % reduktion inden 22: - Besparelser for brugere kun 38% fordi belysning og apparater ikke er omfattet Total primary energy consumption kwh/m2 2 15 1 5 Reference Typisk Target Mål
2: Energibestemmelser Ikke-reguleret elforbrug forventes at vokse 25 % inden 22: - Ansvarlig for 85 % af forbruget Er det en fornuftig balance? - Hvordan kan vi regulere elforbrug hvis energibestemmelserne ikke kan? Total primary energy consumption kwh/m2 2 15 1 5 Reference Typisk Target Mål
3: CO2-neutralitet Fokus: Opvarmning Varmt brugsvand Overophedning/køling Teknik Belysning Elapparater Og: Vedvarende energiproduktion i samspil med energisystem CO2-udslip kg/m2 4 35 3 25 2 15 1 5 Reference Typisk Target Saving Target Saving+ Production
3: CO2-neutralitet - Bredt spektrum af el- og varmebesparelser - Bygningsintegreret vedvarende energiproduktion for energineutralitet på årsbasis CO2-udslip kg/m2 4 35 3 25 2 15 1 5 Reference Target Saving Target Saving+ Production Produktion Typisk Mål: Mål: Besparelse Besparelse+
3: CO2-neutralitet - Bredt spektrum af el- og varmebesparelser - Bygningsintegreret vedvarende energiproduktion for energineutralitet på årsbasis
Lavenergi-paradigmer Total primary energy consumption kwh/m2 2 15 1 5 Reference Target 2 15 1 5 Reference Target CO2-udslip kg/m2 4 35 3 25 2 15 1 5 Snæver Fagspecifik Lokal Industrisamfund Bred Helhedsbaseret Global Vidensamfund