2011 12-17 kurnitski-metropolia
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

2011 12-17 kurnitski-metropolia

on

  • 808 views

Cost optimal ja nZEB

Cost optimal ja nZEB

Statistics

Views

Total Views
808
Views on SlideShare
808
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
2
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

2011 12-17 kurnitski-metropolia 2011 12-17 kurnitski-metropolia Presentation Transcript

  • Kustannusoptimaalisuuden ja lähesnollaenergiarakennusten tekniset määritelmät janiiden asema eurooppalaisessa ohjauskehyksessä15.12.2011 Jarek Kurnitski
  • Rakentaminen EU:n ohjauksessa• Äsken julkaistu tiekartta 2050 (Roadmap for moving to a competitive low- carbon economy in 2050) asettaa kovia paineita korjausrakentamiselle http://ec.europa.eu/clima/documentation/roadmap/docs/com_2011_112_en.pdf• Vaikka komission arvion mukaan 20% päästövähennystavoite 2020 mennessä on toteutumassa, energiatehokkuuden 20%(primäärienergian) tavoitteestaan ollaan nykytoimilla saavuttamassa vain puolet• Tavoitteessa pysymiseksi on laadittu: - Energiatehokkuussuunnitelma 2011 (Energy Efficiency Plan 2011) http://eur- lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2011:0109:FIN:FI:PDF - Uusi energiatehokkuusdirektiiviesitys EED (Energy Efficiency Directive) http://ec.europa.eu/energy/efficiency/eed/eed_en.htm• Uusia päästövähennystavoitteita: - 80 % tavoite 1990 tasosta vuoteen 2050 mennessä - 40 % välitavoite vuoteen 2030 mennessä - Sektorikohtaiset tavoitteet Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • EU ilmastonmuutoksen ja energian ohjauskehys• DG CLIMA: The climate and energy package - Päästökauppa – keskeinen työkalu - Päästökaupan ulkopuolinen sektori (mm. liikenne ja maatalous, rakentamisen osalta öljylämmitys) - RES - CCS:n edistäminen -  Kaikki nämä luovat paineita parantaa energiatehokkuutta, mutta eivät käsittele sitä suoraan. Energiatehokkuutta ohjataankin EU:n Energy Efficiency Action Plan:n kautta. - Lähes kaikki Suomen sähkön- ja kaukolämmön tuotanto kuuluu EU:n päästökauppajärjestelmään ja sen päästöjä ohjataan päästöoikeuksilla Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010 View slide
  • • DG ENERGY: EUROPE 2020 initiative - Energy Efficiency Plan 2011 - Energy labelling of Domestic Appliances - Energy Efficiency in Buildings – EPBD recast - End-use Efficiency & Energy Services - Voluntary Agreements - Cogeneration - Combined Heat and Power - Eco-design of Energy-Using Products – ErP• Energiatehokkuus on nousemassa keskeiseksi asiaksi, koska päästökauppa ja RES ovat hyvin raiteilla• Energiatehokkuuden ohjaus koskee negawatteja ja primäärienergia, joilla on päästöjä alentava vaikutus, mutta päästöohjaus on DG CLIMA puolella Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010 View slide
  • Ohjaus rakennusten ja rakentamisen kannalta• Lähes kaikki Suomen sähkön- ja kaukolämmön tuotanto kuuluu EU:n päästökauppajärjestelmään ja sen päästöjä ohjataan päästöoikeuksilla• Päästöleikkuri käy siis 21% alle 2005 tason vuoteen 2020 mennessä – täysin riippumatta siitä mitä rakentamisessa tehdään (päästökaupan ulkopuolinen sektori 10/16%)• Toinen ohjauksen tukijalka RES (20/38% 2020) vaikuttaa suoraan myös rakentamiseen, vaatimalla x % uusiutuvien osuutta 2015• Rakentamisen varsinainen ohjaus tapahtuu EPBD 2002, EPBD recast 2010 kautta, kohdistuen: - energiankulutukseen (=negawatit) ja kokonaisprimäärienergian kulutukseen uudisrakentamisen ja laajojen korjausten osalta - energiatehokkuutta voidaan ohjata primäärienergian indikaattorilla, mutta voidaan ohjata myös ”muulla”, jolloin primäärienergian indikaattori pitää myös esittää Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • EED – uusi energiatehokkuusdirektiiviesitys• Annettu 22.6.2011 http://ec.europa.eu/energy/efficiency/eed/eed_en.htm• Velvoittaa julkisen sektorin edelläkävijäksi – korjausvelvoite 3 % vuosittain julkisen sektorin rakennuskannan siitä osasta, joka ei täytä minimivaatimuksia, täyttämään korjausrakentamisen energiatehokkuuden minimivaatimukset (Suomessa vasta valmisteilla)• Määräys tulisi voimaan 1.1.2014 ja tarkoittaisi enimmillään julkisten rakennusten peruskorjaamisen noin kaksinkertaistamista nykyisestä• Energian myyjät ja jakelijat velvoitetaan säästämään asiakkaidensa energiaa 1,5% vuosittain, mutta tämä voidaan saavuttaa muillakin keinoilla, esim. esimerkiksi Suomessa käytetyt energiansäästösopimukset• Kaikkiin rakennuksiin vaaditaan myös loppuasiakkaiden energiamittareita, mikä Suomessa ei vielä ole toteutunut lämmön mittauksen osalta• Kaavoitukseen määräyksiin vaaditaan, että kaikki yli 20 MW lämpövoimalaitokset tulee sijoittaa niin, että yhteistuotantolämpö voitaisiin käyttää rakennusten lämmitykseen• Julkisiin hankintoihin energiatehokkuuden vaatimuksia, osa jo voimassakin Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Asuin- ja palvelurakennuskannan energiankulutus Asuin- ja palvelurakennuskannan ostoenergian kulutus vaihtoehtoisissa laskelmissa 100 89,2 86,8 84,0 83,3 80 72,9 66,2 60 Muu TWh Huoneisto- ja kiinteistösähkö Lämmityssähkö 40 Maalämpö, sähkö Kaukolämpö 20 Öljy, maakaasu Puu, pelletti 0 lähtötilanne laskelma 2 laskelma 1 laskelma 3 laskelma 2 laskelma 1 2020 2050 2020 2050 2050 2007• Toteutettavissa oleva energiansäästön tavoite on noin 16 % (laskelma 1). Tällöin suunnitelmallisen normaalin korjaustoiminnan yhteydessä korjattavien rakennusosien lämmitysenergiankulutus vähennetään keskimäärin puoleen (Heljo et al. 2010). Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Rakennuskannan energiankulutuksen kehittyminen• Rakennuskannan laskelmien yleinen lähtökohta on, että keskimäärin 2 % rakennuksista korjataan vuosittain (+ poistuman oletukset)Laskelma 1:• Perustarkastelussa oletetaan, että korjauksissa lämmitysenergian kulutus puolitetaan (yleinen oletus esim. VNK:n skenaarioissa)Laskelma 2:• Korjauksissa ei tehdä energiansäästötoimia (tai laatutason noston energiansäästölisä on yhtä suuri kuin energiansäästö)Laskelma 3:• Teoreettinen laskelma, jossa 2050 mennessä koko rakennuskanta on muutettu vuoden 2010 energiamääräysten mukaiseksi• Nykyisenlaisen korjaustoiminnan on arvioitu johtavan laskelmien 1. ja 2. puoleen väliin (Heljo et al. 2010) Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Missä säästöpotentiaali? 80 78,5 70,9 71,0 Kasvihuonekaasupäästöt 60 56,7 Suomessa v. 2007 MtCO2-ekv % Liikenne 14,7 19 %MtCO2-ekv 40 Teollisuus (ilman rakennuksia) 18,6 24 % Rakenusmateriaalit ja rakentaminen 3,4 4% 20 14,2 RAKENNUKSET (lämmitys ja sähkö) 27,0 34 % 0 Maatalous, teollisuusprosessit, jätteet ym. 14,8 19 % 1990 2007 2012 2020 2050 Yhteensä 78,5 100 % • Suomen päästöjen kehitys ja tavoitteet 2012-2050. Tavoitteiden saavuttaminen edellyttää monia rinnakkaisia toimenpiteitä uudis- ja korjausrakentamisessa sekä keskitetyssä että hajautetussa energiatuotannossa. MtCO2-ekv Pientalot Kerrostalot Palvelu Tuotanto YHTEENSÄ % • Rakennusten osalta (oikea taulukko) SÄHKÖ suurin vähennyspotentiaali on huoneistosähkö 1,0 1,2 1,5 1,7 5,5 20 % sähkönkäytön tehostamisessa kiinteistösähkö 0,3 0,3 0,4 0,3 1,2 4% (erityisesti sähkölämmitys yli 0,6 milj. lämmityssähkö 3,5 0,5 1,1 1,2 6,3 23 % KAUKOLÄMPÖ 0,2 2,8 3 2,1 8,1 30 % pientalossa), öljylämmityksestä POLTTOAINEET 0% luopumisessa ja uusiutuvien öljy 1,9 0,8 1,4 1,8 5,9 22 % lisäämisessä kaukolämmössä puu ja pelletti 0,2 0,2 1% Yhteensä 7,1 5,6 7,4 7,1 27 100 % % 26 % 21 % 27 % 26 % 100 % Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • 2050 rakennuskannasta on vielä puolet rakentamatta Vuoden 2010 rakennuskanta vuonna 2050 Uudistuotanto 2010 – 2050 290 milj. m2 270 milj. m2 Rakennuskannan kerrosala ikäluokittain v. 2050 2 milj. m 80 Vapaa-ajan 70 asuinrakennukset Tuotantorakennukset 60 50 Julkiset palvelurakennukset 40 Liike- ja 30 toimistorakennukset* Asuinkerrostalot 20 10 Rivitalot 0 Omakotitalot Ennen 1950 1950 -luku 1960 -luku 1970 -luku 1980 -luku 1990 -luku 2000 -luku 2010 -luku 2020 -luku 2030 -luku 2010 2040 -luku Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Despite of reduced total energy use in 2020, electricity use will most probably continue to increase Electricity District heat Total electrical energy use in Finland Total district heat energy use in Finland 140 40 35 120 30 100 P1 P2 25TWh TWh 80 VNK A 20 60 VNK C 15 Actual 40 10 20 5 0 0 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Sähkö vs. kaukolämpö: ominaispäästöt pidemmällä tähtäimellä samat, eurot kuitenkin ratkaisevat lämmitystapavalinnan, energian kallistuminen välttämätöntä Electricity District heat Average specific emissions of electricity production Average specific emissions of district heat production 250 250 200 200kgCO2/MWh 150 P1 150 kgCO2/MWh P2 100 VNK A 100 VNK C 50 50 0 0 2010 2020 2030 2040 2050 2010 2020 2030 2040 2050 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • ERA17 measures with the highest impact• Net zero energy building regulation for new buildings - roadmap of code requirements for next 10 years - will mostly meet “cost optimal” criterion, except PV needing feed-in tariff - reasonable cost, and savings even higher compared to existing building stock• Improvement of existing building stock - incentives needed, not cost efficient in buildings with district heating - cost efficient in electrically heated houses, still incentives needed to activate• Integrated land use planning with increased density (UGB etc.) - almost no cost at all, savings through cheaper infrastructure - better utilization of local energy supply solutions - less vehicle km per person – significant reduction in fossil fuels• Built environment can use 20-35% less energy in 2050 relative to 2010• Most of investments cost effective, improving living and working quality Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Ei keksitä polkupyörääSuomessaTowards nZEB:• Roadmap of some countries towards nearly zero energy buildings to improve energy performance of new buildings• Many countries have prepared long term roadmaps with detailed targets• Helps industry to prepare/commit to the targets Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • REHVA benchmarking study: incentives DE IT FR Hu BE SE Summary Table of Incentives YEAR 2009 2009 2009 2009 2009 2009 Direct Funding of Energy Yes Yes Yes Yes Yes Stopped Repairs FINANCIAL Financial Help for Low-Income Yes Yes Yes No Yes No Households Green Loans / Soft Loans Yes Yes Yes Yes Yes No Third Party Financing Yes Yes Yes Yes Yes No Stopped Tax Deduction Yes Yes No Yes Yes TAXES (2009) Labour Lower VAT on Labour and Stopping Materials & No Labour n.a. Materials Material TECHNOLOG Subsidies on Sustainable Y SPECIFIC Yes Yes Yes Yes Yes Yes Energy Devices n.a. per kWh (€/kWh) Yes Yes Yes Yes No Feed-in Tariffs n.a. Green Certificates No Yes Yes Yes Yes OTHERS Rent Indexation n.a. n.a. n.a. No n.a. No (Owner-Renter Balance)11 Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations At this moment, the sole case of rent indexation has been found in the Netherlands.
  • ERA17 kansallinen toimintaohjelma:yksi keskeinen toimenpide seuraavan 10 vuoden rakentamismääräystentiekartan laatiminen kehityksen ennakoinnin helpottamiseksiwww.era17.fiRakennusten energiatehokkuusdirektiivi EPBD recast:Kaikki uudet julkiset rakennukset ovat 31.12.2018 jälkeen lähes nollaenergiatalojaKaikki uudet rakennukset ovat 31.12.2020 jälkeen lähes nollaenergiatalojahttp://eur-lex.europa.eu/JOHtml.do?uri=OJ:L:2010:153:SOM:FI:HTMLhttp://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htmDirektiiviä toimeenpanevien kansallisten säädösten tulee olla annettu ja julkaistu viimeistään 9.7.2012 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • EU halua olla eturintamassa ja varmistaa omaa kilpailukykyä,mutta herätty muuallakinJapanilainen nollaenergiatalokonsepti:• Japanissa rakennetaan yli 10 000 lähes nollaenergiataloa 2011• PV 5000 eur/KW, esim. 4…8 kW katolle (mallitalossa myös tuulimylly)• Lämmitys/käyttövesi/jäähdytys lämpöpumpuilla• Järjestelmässä myös polttokenno (kaasu) ja akku (n. 6 kWh)Energiamonitori:• Vasemmalla tuulen ja auringon tuotto• Alhaalla akku (lataus käynnissä)• Oikealla verkkosähkö ja polttokenno (polttokennoa ei voi ajaa, koska ei ole juurikaan lämmitystarvetta) Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2009
  • Asuinrakanennuksia• Luukku talo: plusenergiatalo Solar Decathlon 2010 kilpailussa Madridissa, E<0• Järvenpään ja Kuopion lähes nollaenergiakerrostalot E<50• 2012 Tampereen asuntomessujen lähes nollaenergiapientalo• muitakin pientaloja tulossa (Isover ym.) Luukku talo – plusenergiatalo Suomessakin Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2009
  • Towards nZEB in Finnish office buildings• Viikki Ympäristötalo E=84, Jätkäsaari Low2No, Viikki Synergy and some other buildings have ended up that in addition to demand reduction measures about 15% of electrical energy use can be produced by PV• Extra investment cost about 10%• Current BAU level in offices is about E=160…170 (according to 2012 code, D3 2012), in nZEB E ≤ 100 kWh/(m2 a) primary energy• National project for nZEB E-value determination under preparation Net delivered Energy Primary EP in OFFICES energy use, carrier energy use,Preliminary EP kWh/(m2 a) factor, - kWh(m2 a)targets for Low2No Space and ventilation heating 30 0,7 21 Domestic hot water (D3 2012) 6 0,7 4 Cooling (district cooling COP=1) 20 0,4 8 Fans and pumps (HVAC) 7 1,7 12 Lighting 15 1,7 26 Appliances (D3 2012) 22 1,7 37 PV -9 1,7 -15 Total 91 93 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2009
  • EPBD recast – Rakennusten energiatehokkuusdirektiivinuusinta 19.5.2010• Setting of minimum energy performance requirements for major renovation: - The threshold of 1000 m2 is deleted - The definition of major renovation‘ is by the investment that should be more than 25% of the whole buildings value, excluding the land, e.g. the actuarial value, or more than 25% of the building envelope undergoes structural renovation• Setting of requirements in respect of the overall energy performance, the proper installation, and the appropriate dimensioning, adjustment and control of the technical building systems which are installed in existing buildings• Setting of minimum energy performance requirements based on calculation of cost-optimal levels : - The Commission shall establish by 30 June 2011 a comparative methodology framework - Member states shall report by 30 June 2012• By 31 Dec 2020, all new buildings are nearly zero energy buildings• After 31 Dec 2018, public authorities that occupy and own a new building shall ensure that the building is a nearly zero energy building• The role of the recommendations of the energy performance certificate is strengthened and clarified (incl. cost-effectiveness) Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2009
  • Cost optimal vs. nZEB – kustannusoptimaalisuus-tarkastelu koskee minimivaatimuksia, käytännössäensimmäinen askel lähes nollan suuntaan• EPBD: EP requirements to be set with a view to achieving cost optimal levels using a comparative methodology framework established by the Commission• Cost optimal performance level means the energy performance in terms of primary energy leading to minimum life cycle cost• MS have to provide cost optimal calculations to evaluate the cost optimality of current minimum requirements due June 30th 2012 (Articles 4&5): • The draft methodology called “delegated Regulation supplementing Directive 2010/31/EU” published http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/doc/draft_regulation.pdf • Net present value calculation according to EN 15459 • Global cost (=life cycle cost) sums construction cost and discounted energy and maintenance etc. costs for 20-30 years period• EPBD recast established the political target of nearly zero energy buildings for all new buildings by 1 Jan 2021. Both requirements will have to be reconciled so that a smooth transaction from cost optimal requirements to nearly zero energy buildings could be guaranteed.• Cost optimal levels by 2013 can be seen as a first step towards nZEB Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Direktiivin määritelmä EPBD recast – Nearly zero energy buildings nZEB • In the directive ‘nearly zero-energy building’ means a building that has a very high energy performance. The nearly zero or very low amount of energy required should be covered to a very significant extent by energy from renewable sources, including energy from renewable sources produced on-site or nearby.  nZEB = very high energy performance + on-site renewables • Definition of “a very high energy performance“ and “significant extent of renewables” let for Member States Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • REHVA nZEB definition ZEB has exact performancenet zero energy building (ZEB) level of 0 kWh/(m2 a) primaryenergy use of 0 kWh/(m2 a) primary energy energy useNOTE 1 A nZEB is typically a grid connected building with very high energy performance. nZEB balances its primaryenergy use so that the primary energy feed-in to the grid or other energy network equals to the primary energydelivered to nZEB from energy networks. Annual balance of 0 kWh/(m 2 a) primary energy use typically leads to thesituation where significant amount of the on-site energy generation will be exchanged with the grid. Therefore a nZEBproduces energy when conditions are suitable, and uses delivered energy during rest of the time.nearly net zero energy building (nZEB)technically reasonable achievable national energy use of > 0 kWh/(m2 a)primary energy achieved with best practice energy efficiency measures andrenewable energy technologies which may or may not be cost optimalNOTE 1 The Commission shall establish by 30 June 2011 a comparative methodology framework for calculation ofcost-optimal levels (EPBD recast).NOTE 2. Not all renewable energy technologies needed for nearly zero energy building have to be cost-effective, ifappropriate financial incentives are not available. nZEB depends on national conditions Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • REHVA TF nZEB – system boundary DELIVERED ENERGY E   Edel,i  Eexp,i  fi EXPORTED ENERGY iSystem boundary for nearly net zero energy building definition, connecting abuilding to energy networks. Net delivered energy is delivered Edel,i minusexported energy Eexp,i accounted separately for each energy carrier i. Primaryenergy E is calculated with primary energy factors fi (simplified equation withthe same factors for delivered and exported energy carriers) Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • Primary energy: total or non-renewable? Many countries have adopted in their regulations PRIMARY ENERGY and NON-RENEWABLE primary energy factors (e.g. 1.1 for oil and 0.5 for wood) EPBD recast defines primary energy as: ”energy from renewable and non- renewable sources which has not undergone any conversion or transformation process”  TOTAL primary energy and TOTAL primary energy factors shall be used according to EPBD (meaning that there is no difference between bio or fossil fuel and the factor always exceeds unity) Another detail are primary energy factors for delivered and exported energy carriers, which may or may not be equal, depending on national definition, i.e. both equations can be used: E   Edel,i  Eexp,i  fi or E   Edel,i f del,i   Eexp,i f exp,i  i i i Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • REHVA nZEB system boundary System boundary of net delivered energy System boundary of delivered energy Solar and internal On site renewable heat gains/loads energy w/o fuels NET ENERGY DELIVERED NEED ENERGY ENERGY NEED BUILDING electricity Heating heating energy (electricity, district heat, district cooling, fuels) Cooling TECHNICAL cooling energy SYSTEMS district heat Ventilation Net delivered energy DHW district cooling electricity for lighting Energy use and Lighting Appliances electricity for production fuels appliances (renewable and System losses non-renewable) Heat exchange and conversions through the EXPORTED building envelope ENERGY electricity heating energy cooling energy Energy boundary of net delivered energy. The box of “Energy need” refers to rooms in a building and both system boundary lines may be interpreted as the building site boundary.Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • nZEB is not cost optimal yetSource: The Buildings Performance Institute Europe (BPIE):http://dl.dropbox.com/u/4399528/BPIE/BPIE_costoptimality_publication2010.pdf Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Example of cost optimal calculation: Detached house, 3% interestrate and 2% escalation (Estonian study, Energy and Buildings 43 (2011)) 150 nZEB Global incremental cost (NPV), €/m2 100 Gas Pellet AWHP 50 GSHP Current reg. Electric BAU Cost optimal ref. Oil DH 0 50 100 150 200 Cost optimals with <2 €/m2 difference -50 Primary energy, kWh/(m2 a)• AWHP – air to water heat pump, GSHP – ground source heat pump, DH – district heating• W/o PV, 4 insulation levels from left to right: 0.42, 0.58, 0.76 and 0.96 specific heat loss• Distance to nZEB 239 €/m2 investment cost/ nZEB=40 kWh/(m2 a) primary energy Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Energiatodistus: How to integrate nZEB into energy certificate scale? nZEB as technically reasonable achievable cost optimal for new buildings, category B or C req. for new buildings (typically not cost optimal yet) Revision of certificates scales needed: • Cost optimal requirements for new buildings cannot be any more in D category, as calculated for 30 years period with 3% interest rate • Existing A may be split (A+, A++) or changed Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • 2012 Energiapaketti uudisrakentamiseen –kokonaisenergiatarkastelu/primäärienergia- julkistettiin 30.3.2011- tulevat voimaan 1.7.2012 http://www.withouthotair.com/ “if everyone does a little, we’ll achieve only a little” … suurin muutos rakentamismääräysten antamisesta 1976 … Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Vuosi 2008:Rakentamismääräykset 2012(Vapaavuori, Asuntoforum 2008) Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Energiatodistus: virallisesti laskettu ja todellinen energiatehokkuus 2-kerroksinen kompakti pientalo 145 m2 D5:n ja energiatodistuksen asetuksen mukaisesti laskettunaLaskentatapaus ET-luku, Ostoenergia, CO2-päästöt, U-arvo, LTO 2 ulkoseinät hyötysuhde kWh/br.m ,a ET-luokka - kWh/br.m2,a kgCO2/br.m2,aPerustapaus suoralla sähkölämmityksellä 0.24 60 181 C 176 70Perustapaus maalämpöpumpulla 0.24 60 187 C 106 42Sähkölämm., parannettu n50, LTO ja U-arvot 0.19 80 146 A 140 56Maalämpö, parannettu n50, LTO ja U-arvot 0.19 80 153 B 89 36 Nykyinen virallinen energiatehokkuustarkastelu johtaa päästöjen kasvuun kun lämmitystapaa ja primäärienergian käyttöä ei oteta huomioon 15.12.2011 Jarek Kurnitski (TKK, LVI-tekniikka – 2008)
  • Source: Kurnitski J. ContrastingEPBD 2002, EuP 2005, RES 2008, EPBD recast 2010 the principles of EP requirements and calculationhave resulted regulation revisions in 2-3 years interval methods in EU member states. REHVA journal, December Finland 2012 2008, 22–28. Denmark Italy Primary en. or CO2 em. Belgium Greece UK Germany Hungary France Spain Estonia EP requirements Netherlands Portugal Energy Austria frame Czech Sweden Poland Latvia Norway Slovenia components Finland For Lithuania Hourly Dynamic Monthly simplified simulation Calculation methods • Situation in the member states after EPBD implementation in June 2008 regarding EP requirements for new buildings and calculation methods • In the figure, the most developed available calculation method is shown; in many countries simplified methods may used in parallel or for some building type Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra
  • Kokonaisenergiavaatimus – E-luku• Keskeinen ohjaava vaatimus kokonaisenergiavaatimus = vaatimus lopputuloksen energiatehokkuudelle• Kokonaisenergiakulutus esitetään suorituspohjaisella E-luvulla, joka lasketaan rakennukseen ostettavien energioiden ja energiamuotojen kertoimien tulona ja ilmaistaan kWh/(m2 a) yksiköllä• Keinot energiatehokkuuden saavuttamiseksi vapaat• Rakennuksen lämpöhäviön määräystenmukaisuus (tasauslaskelma vertailuarvoilla, ei muutoksia) toimi perälauta-arvona, ei ole yleensä ohjaava, myös kompensaatiorajoitukset poistuneet Energiamuodon kerroin Sähkö 1,7 Kaukolämpö 0,7 Kaukojäähdytys 0,4 Fossiiliset polttoaineet 1 Uusiutuvat polttoaineet 0,5 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Energiatehokkuusdirektiivin mukainen kokonaisprimääri-energiakerroin pysy lähes vakiona (TKK KesEn -tutkimus)• Tarkoituksellisesti on valittu “energiamuodon kerroin” eikä primäärienergiakerroin, mikä mahdollistaa sähkön kertoimen alentamisen Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • D3 2012 rakenne• Käyttötarkoitusluokkien jaottelu Liitteessä 1 - Jos useampi kuin yksi käyttötarkoitus niin vaatimukset rakennuksen osille (2.1.5) + alle 10%:n säännöllä voi laskea muihin aloihin kuuluviksi - E-luku + muut vaatimukset käyttötarkoitusluokille Luokka 1 – Luokka 8 - Luokka 9: Muut rakennukset – ei E-luku vaatimusta (varastot, uima-, jäähallit, autotallit)• Energiatehokkuuden vaatimukset: - 2.1 Rakennuksen kokonaisenergiankulutus (E-luku) - 2.2 Kesäajan huonelämpötilan hallinta - 2.3 Rakennusvaipan ilmanpitävyys - 2.4 Rakennusosien lämmönläpäisykertoimien enimmäisarvot - 2.5 Rakennuksen lämpöhäviöt – omat tässä kohdassa kuvatut laskentasäännöt - 2.6 Ilmanvaihtojärjestelmän energiatehokkuus - 2.7 Rakennuksen lämmitysjärjestelmän tehot - 2.8 Energiankäytön mittaus - 2.9 Määräaikaiset rakennukset - 2.10 Loma-asunnot• Säätiedot (mitoitusulkolämpötilat ja uusi energialaskennan testivuosi) Liitteessä 2 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Kiinteät lähtötiedot vs. suunnitteluasiat• ns. standardikäyttö (3 Energialaskennan lähtötiedot) määrittää säätiedot, ilmanvaihdon (ellei tarpeenmukainen), lämmitys- ja jäähdytysrajat, käyttöajat ja käyttöasteet sekä sisäiset lämpökuormat• Tarpeenmukainen ilmanvaihto - Tasauslaskelmassa 2.5 Rakennuksen lämpöhäviöt ei käytetä - E-luvun laskennassa saa käyttää kohdan 3.2.4 mukaan, jossa viitataan ilmamäärien suunnitteluarvoihin (sisäilmaston vaatimukset D2:ssa)• Tarpeenmukainen valaistus - Saa käyttää kohdan 3.3.4 mukaan• Lämpimän käyttöveden määrä - Vesikalustevalinnalla ei voi vaikuttaa ”hanasta tulevaan litramäärään” l/(m2 a) - Suunnitteluasia, millä ko. lämmitysenergian nettotarve tuotetaan (esim. aurinkokeräin, lämpöpumppu, LTO, ym.) eli ostoenergiaan• Kuluttajalaitteet (käyttäjäsähkö) aina taulukon 3 arvoilla - Ei voi vaikuttaa esim. parempia kodinkoneita valitsemalla• (Vesikalusteiden ja kuluttajalaitteiden laskenta on siis jätetty tulevaisuuden kehityskohteeksi) Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Laskennassa ei oteta huomioon…• 4 Energialaskennan laskentasäännöt määrittele yleiset periaatteet siitä, mitä laskennassa otetaan huomioon ja mitä ei (4.1)• Erikoistiloja ei oteta huomioon (ravintolat, ruokalat, kahvilat)• Teknisiä järjestelmiä, joita ei ole lueteltu ei oteta huomioon: - Esim. ammattikeittiöt, ulkovalaistus, hissit, sulatuskaapelit• 5 Määräystenmukaisuuden osoittaminen asettaa vaatimukset energiaselvitykselle, laskentatyökaluille ja tulosten esittämiselle Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Energiatehokkuuden määritelmätkokonaisenergiatarkastelua varten Netto-ostoenergian taseraja Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja • Nettotarve (huone- Auringon säteily ikkunoiden läpi Uusiutuva oma- lämpötilan ylläpito) Lämpökuorma ihmisistä varaisenergia • Kulutus (järjestelmät)TILOJEN OSTOENERGIA • KiinteistökohtainenENERGIANTARVE NETTOTARPEET sähkö tuotanto (sähkö, kaukolämpö, kaukojäähdytys, polttoaineet)Lämmitys TEKNISET lämmitysenergia • OstoenergiaJäähdytys JÄRJESTELMÄT kaukolämpöIlmanvaihto jäähdytysenergia (järjestelmien kulutus kaukojäähdytys Netto-ostoenergiaKäyttövesiValaistus sähköLaitteet Polttoaine uusituvat / uusiutumattomat katetaan ostoenergialla) Järjestelmähäviöt Lämpöhäviöt ja -muunnokset • Muualle viety energia MUUALLE VIETY • Netto-ostoenergia ENERGIA sähkö • Energiamuotojen lämmitysenergia kertoimet jäähdytysenergia • Energialuku 10 kWh Lattialämmitys 85%: Lämpöpumppu 3,5: Energiamuodon Energialuku nettotarve 11,8 kWh kulutus 3,4 kWh ostoen. kerroin 1,7 5,7 kWh © Sitra 2010
  • D3 taseraja Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja Auringon säteily ikkunoiden läpi Uusiutuva oma- varaisenergia Lämpökuorma ihmisistä TILOJEN TEKNISET OSTOENERGIA ENERGIANTARVE NETTOTARPEET JÄRJESTELMÄT sähkö Lämmitys lämmitysenergia Jäähdytys kaukolämpö Ilmanvaihto jäähdytysenergia kaukojäähdytys Käyttövesi Järjestelmähäviöt Valaistus sähkö ja -muunnokset polttoaineet Kuluttajalaitteet uusituvat ja uusiutumattomat Lämpöhäviöt• Ei ole lainsäädäntöä verkkoon syöttämiselle – netto-ostoenergian taseraja jätettiin sen takia pois• Nollaenergiataloja tällä taserajalla ei siis vielä voi tehdä Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Kesäajan huonelämpötilan hallinta• Kesäajan huonelämpötilaa rajoitetaan: - niin, että jäähdytysrajan arvoa (asunnot 27C, muut 25C) ei saa ylittää enemmän kuin 150 astetuntia 1. kesäkuuta ja 31. elokuuta välisenä aikana energialaskennan testivuodella laskettuna (uusi testivuosi)• vaatimuksenmukaisuus osoitetaan eri tilatyyppien lämpötilasimuloinnilla• pientaloissa lämpötilatarkastelua ei tarvita• lisäksi loma-asunnoissa ja rakennuksissa, joille ei ole E-luvun vaatimusta ei tarvitse suorittaa kesäajan huonelämpötilan laskentaa Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Vaatimukset laskentatyökaluilleLaskentamenetelmät:• Rakennusten, joissa ei ole jäähdytystä tai jäähdytystä on vain yksittäisissä tiloissa, energialaskenta voidaan suorittaa kuukausitason laskentamenetelmällä. Kaikkien muiden rakennusten energialaskenta pitää suorittaa dynaamisella laskentatyökalulla.• Kesäajan huonelämpötilan laskenta pitää suorittaa dynaamisella laskentatyökalullaLaskentatyökalut:• Dynaamisen laskentatyökalun kelpoisuus tulee osoittaa• Dynaamisen laskentatyökalun voidaan validoida siihen tarkoitettujen SFS EN, CIBSE tai ASHRAE standardien tai vastaavien IEA BESTEST testitapausten mukaisesti (mm. lämmitys- ja jäähdytysenergian testitapausten osalta) Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • D3 kokonaisenergiankulutuksen vaatimus Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Pientalon sallittu E-luku riippuu asunnon koosta 220 204 204 200 E-luku kWh/(m2 a) 180 162 160 152 140 120 100 100 150 200 250 300 Lämmitetty nettoala, m 2 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Source: Kurnitski J. Contrasting the EP-value comparison, 2008 data principles of EP requirements and calculation methods in EU member states. REHVA journal, December 2008, 22–28.• As requirements are both for primary (DK, EST, D) and delivered (S, N) energy, only the delivered energy can 180 be compared• DK,S &D do not include household 160 Oil or gas boiler Max allowed delivered energy, kWh/(m a) electricity, therefore this is reduced Electrical heating 2 from the values of EST & NOR 140• 140 m2 house is considered as EP- value depends slightly on heated area 120 in DK, N & D 100• Electricity use of 3 kWh/(m2a) for fans of ventilation and 5 kWh/(m2a) for 80 circulation pumps of water based heating (0 kWh/(m2a) for electrical 60 heating) is assumed• The figure shows maximum allowed 40 delivered energy without household electricity (i.e. delivered 20 energy to heating, hot water and ventilation systems) in each country for 0 fossil fuel or electrical heating Denmark Norway Sweden Estonia Germany Finland 2006 2007 New reg. from 2010 2010 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra
  • EP-value, degree-day corrected data Finland not successful• Assumptions for degree-day because of poor heat correction: recovery requirement• Energy use for hot water heating 180 25 kWh/(m2a) 160 Oil or gas boiler• Electricity use of 3 kWh/(m2a) for Max allowed delivered energy, kWh/(m a) Electrical heating 2 fans of ventilation and 5 140 kWh/(m2a) for circulation pumps of water based heating (0 120 kWh/(m2a) for electrical heating) 100• Remaining space heating energy is corrected with degree-days 80 calculated from ASHRAE 2001 data; 17°C degree-days used: 60 - 2917 Berlin, 3259 Copenhagen, 3894 Oslo, 3963 Stockholm, 4240 40 EstoniaTRY, 4422 °Cd Helsinki 20 - the values are corrected to Copenhagen 0 Denmark Norway Sweden Estonia Germany Finland 2006 2007 New reg. from 2010 2010 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra
  • Denmark and Sweden 2010, Finland 2012, others 2008 180 Oil or gas boiler 160 Max allowed delivered energy, kWh/(m 2a) Electrical heating 140 120 100 80 60 40 20 0 Denmark Norway Sweden Estonia Germany Finland Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra
  • Pientalon laskentaesimerkki• Nykyistä rakentamiskäytäntöä vastaavan uuden pientalon energialaskelma eri lämmitystavoilla D3 2012 ja D5 2012 luonnosversion mukaan• 150 m2 talo, E-lukuvaatimus 162 kWh/(m2 a)• ostoenergian laskenta (energiamuotojen kertoimet E-luvun rivillä) Energian Sähkö- Maa- Kauko- Pelletti nettotarve lämmitys lämpö lämpö Tilojen lämmitys 48 56,5 16,1 60,1 80,7 Ilmanvaihdon lämmitys 6 6,0 1,7 6,4 8,6 Lämpimän käyttöveden lämmitys 35 43,6 17,1 41,5 54,3 Puhaltimet ja pumput 7 7,0 7,0 10,0 10,0 Valaistus 7 7,0 7,0 7,0 7,0 Kotitaloussähkö 16 16,0 16,0 16,0 16,0 Ostoenergia yhteensä 119 136 65 141 177 E-luku - 231 110 132 128 Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Energiankulutuksen tyyppijakauma toimistoissa Energiankulutuksen jakauma Energiankulutuksen ja E-luvun muodostuminen (Toimistorakennus 1 – vertailutaso - kaukolämpö) 1 - vertailutaso Toimistorakennus 1600 1400 Jäähdytys 1200 Kiinteistösähkö Laitesähkö 1000 ValaistussähköMWh 800 Lämmitys tuotantohäviöt Lämmitys järjestelmähäviöt 600 Lämmitys käyttövesi 400 Lämmitys IV 200 Lämmitys tilat 0 Energia E-luku Jarek Kurnitski 15.12.2011
  • 2012 energiatehokkuuskonseptit toimistoissa• 2010 vaipan umpiosat hyvä suunnittelun lähtökohta• Nykyisellä LTO käytännöllä (75-80%) saavutetaan 170 taso• Jos tiukemmat tavoitteet, niin lukuisia ratkaisuja, joilla nyt ei ole merkitystä määräysten mukaisuuden osoittamisessa: - Valaistuksen läsnäolo ja päivävalo-ohjaukset - Erillispoistojen lämmön talteenotto - Ilmanvaihdon ominaissähköteho – matalapainejärjestelmät - Tarpeenmukainen ilmanvaihto - Porareikälämmitys/viilennys (passiivinen tai lämpöpumput) - …• Lasitusten ja auringonsuojauksen optimointi lämmitys- ja jäähdytysenergian minimin kannalta• Sähkön kerroin 1,7 antaa sähköä säästäville toimenpiteille suurimman vaikuttavuuden Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • Example – nZEB Office building• an office building in Paris• a gas boiler for heating with seasonal efficiency of 90%• free cooling from boreholes (about 1/3 of the need) is used and the rest is covered with mechanical cooling• for borehole cooling, seasonal energy efficiency ratio of 10 is used and for mechanical cooling 3.5• Ventilation system with specific fan power of 1.2 kW/(m3/s) will use 5.6 kWh/(m2 a) fan energy.• a solar PV system providing 15.0 kWh/(m2 a), from which 6.0 is utilized in the building and 9.0 is exported to the grid. Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • Example – nZEB Office building System boundary of net delivered energy System boundary of delivered energy Solar and internal 15.0 PV electricity, from which 6.0 used heat gains/loads in the building and 9.0 exported NET ENERGY NEED (47.2 kWh/(m2 a)) NET ENERGY NEED Appliances BUILDING TECHNICAL (47.2 kWh/(m2 a)) (users) SYSTEMS 10,8 Lighting Boiler DELIVERED ENERGY 3.8 heating 3.8/0.9 = 4.2 Space Fuel 4.2 21,5 heating Free cooling 1,1 Heating of 11.9 cooling 0,6 4.0/10 = 0.4 3,2 air in AHU Compressor cooling Cooling in 21.5 appliances Electricity 33.8 Net delivered energy room units 7.9/3.5 = 2.3 Cooling of 10.0 lighting Ventilation 5.6 10 air in AHU Appliances 21.5 Heat exchange Lighting 10.0 through the (Sum of electricity 39.8) building envelope EXPORTED ENERGY Electricity 9.0 Primary energy: 4.2*1.0 + (33.8-9.0)*2.5 = 66 kWh/(m2 a) • Electricity use of cooling, ventilation, lighting and appliances is 39.8 kWh/(m2 a) • Solar electricity of 15.0 kWh/(m2 a) reduces the net delivered electricity to 24.8 kWh/(m2 a) • Net delivered fuel energy (caloric value of delivered natural gas) is 4.2 kWh/(m2 a) and primary energy is 66 kWh/(m2 a)Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
  • Pariisi, Elithis Tower• Koneellinen tulo- ja poisto LTO• Jäähdytyspalkit• Yötuuletus, atrium poistona• Adiabaattinen + kompressorijäähdytys• Pyöreä muoto + ulkoinen auringonsuojaus Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra
  • Ympäristötalo, Viikki• Likaisten tilojen iv LTO 80%, SFP 1,3-1,7• Kaksoisjulkisivu etelään aurinkopaneeleilla• Tarpeenmukainen iv ei toimistotiloissa• Tarpeenmukainen valaistuksen ohjaus, 7 W/m2• Porareikäjäähdytys 11 kWh/(m2 a) netto vs. 0,3 osto• Lämmitys 38 kWh/(m2 a)• Käyttö- + kiinteistösähkö 34 kWh/(m2 a)• Aurinkosähkön tuotto 7 kWh/(m2 a) 15.12.2011• E=85 © Sitra
  • nZEB case studies: common solutions• Energy sources used: heat pumps, DH, bio-CHP, solar PV and thermal• Heat recovery ventilation, often demand controlled, by centralized or decentralized systems sometimes combined with natural stack effect ventilation for ventilative cooling purposes• Free cooling solutions combined with mechanical cooling via boreholes, water to water HP, evaporative or ventilative cooling etc.• Optimized building envelope and effective external solar protection• Utilization of natural light + effective demand controlled lighting• High efficiency heat recovery and low specific fan power, CO2, presence and temperature control typical in nZEB• Water based distribution systems and VRV heat pumps• Utilization of thermal mass and other passive measures• Office appliances have become major component in energy balance… Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra
  • Lähes nollaenergiarakentamisen osaamisen kehittäminen SitranEnergiaohjelman ja Ympäristöministeriön yhteistyössä1. 2012 energiamääräykset RakMk D3 2012, D5 2012 ja C4 20122. Energiamuodon huomioon ottaminen määräyksissä: päästö- ja primäärienergiakertoimien taustaselvitys3. Laskennassa käytettävien säätietojen tarkistaminen: uuden energialaskennan testivuoden kehittäminen4. Kylmäsiltojen huomioon ottaminen määräyksissä taulukkoarvoilla + yksityiskohtaisempi laskentaopas5. Lämmitys- ja LKV- järjestelmien hyötysuhteiden taulukkoarvojen päivitys + yksityiskohtaisempi laskentaopas6. Aurinkolämmön ja -sähkön laskentaohjeet + laskentaopas7. Lämpöpumppujen laskentaohjeet + laskentaopas8. Jäähdytysjärjestelmien laskentaohjeet + laskentaopas9. 2012 E-lukujen vaatimustasojen arviointiprojekti – RT10. …• Myös muita oppaita kuten RIL:n matalaenergiaoppaat Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010
  • 2012 – kustannusoptimaalisuus – lähes nolla 2021• 7-9 vuotta aikaa lähes nollaenergiarakentamiseen vaikka missään ei vielä tarkkaan tiedetä mitä se on• EPBD recast vaatii samalla kustannustehokkuutta ja lähes nollaenergiarakentamista: - Kustannusoptimaalisuus on ensimmäinen askel lähes nollan suuntaan - Sujuvaksi siirtymiseksi lähes nollaan, komission mukaan tavoitteita on tarvittaessa yhteen sovitettava, koska nykyisen käsityksen mukaan lähes nolla ei ole kustannustehokas, ellei siten riittäviä kannustimia ole tarjolla• 1 vuosi aikaa nykyisten (2012) E-lukujen kustannusoptimaalisuuden tarkastelun suorittamiseksi• 2015 mennessä annettava välitavoitteet uusille rakennuksille – tiekartta tarvitaan siis direktiivinkin vaatimana, myös keskeinen ERA17 toimenpide• Uudet määräykset D3 2012 ovat ”nollaenergiakelpoisia” ja näissä on kv- uutuusarvoakin mm. innovatiivisten järjestelmien käsittelyn ja kaupallisten laskentatyökalujen osalta• Lähes nollaenergiarakentaminen edellyttää verkkoon syöttämisen pelisääntöjen selkeyttämistä – muualle viety energiaa ei ole 2012 taserajassa vielä mukana• Tekninen nZEB rakentamisen valmius syntymässä pilottihankkeiden sekä suunnittelu- ja laskentaohjeistuksen valmistumista myöten Jarek Kurnitski 15.12.2011 © Sitra 2010