2011 12-17 kurnitski-metropolia

Kustannusoptimaalisuuden ja lähes nollaenergiarakennusten tekniset määritelmät ja niiden asema eurooppalaisessa ohjauskehyksessä 15.12.2011 Jarek Kurnitski

© Sitra 2010

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

15.12.2011 Jarek Kurnitski

http://ec.europa.eu/clima/documentation/roadmap/docs/com_2011_112_en.pdf

http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2011:0109:FIN:FI:PDF



http://ec.europa.eu/energy/efficiency/eed/eed_en.htm

© 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


© Sitra 2010

• 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


© Sitra 2010

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

© 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


http://ec.europa.eu/energy/efficiency/eed/eed_en.htm

© Sitra 2010

Asuin- ja palvelurakennuskannan energiankulutus

• Toteutettavissa oleva energiansäästön tavoite on noin 16 % (laskelma 1). Tällöin suunnitelmallisen normaalin korjaustoiminnan yhteydessä korjattavien rakennusosien lämmitysenergiankulutus vähennetään keskimäärin puoleen (Heljo et al. 2010).

86,889,2

84,0 83,3

72,9

66,2

0

20

40

60

80

100

2007

lähtö

tila

nne

2020

laskelm

a 2

2020

laskelm

a 1

2050

laskelm

a 2

2050

laskelm

a 1

2050

laskelm

a 3

TW

h

Asuin- ja palvelurakennuskannan ostoenergian kulutus vaihtoehtoisissa laskelmissa

Muu

Huoneisto- ja kiinteistösähkö

Lämmityssähkö

Maalämpö, sähkö

Kaukolämpö

Öljy, maakaasu

Puu, pelletti


© 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)


© Sitra 2010

Missä säästöpotentiaali?

• Suomen päästöjen kehitys ja tavoitteet 2012-2050. Tavoitteiden saavuttaminen edellyttää monia rinnakkaisia toimenpiteitä uudis- ja korjausrakentamisessa sekä keskitetyssä että hajautetussa energiatuotannossa.


Kasvihuonekaasupäästöt

Suomessa v. 2007 MtCO2-ekv %

Liikenne 14,7 19 %

Teollisuus (ilman rakennuksia) 18,6 24 %

Rakenusmateriaalit ja rakentaminen 3,4 4 %

RAKENNUKSET (lämmitys ja sähkö) 27,0 34 %

Maatalous, teollisuusprosessit, jätteet ym. 14,8 19 %

Yhteensä 78,5 100 %

MtCO2-ekv Pientalot Kerrostalot Palvelu Tuotanto YHTEENSÄ %

SÄHKÖ

huoneistosähkö 1,0 1,2 1,5 1,7 5,5 20 %

kiinteistösähkö 0,3 0,3 0,4 0,3 1,2 4 %

lämmityssähkö 3,5 0,5 1,1 1,2 6,3 23 %

KAUKOLÄMPÖ 0,2 2,8 3 2,1 8,1 30 %

POLTTOAINEET 0 %

öljy 1,9 0,8 1,4 1,8 5,9 22 %

puu ja pelletti 0,2 0,2 1 %

Yhteensä 7,1 5,6 7,4 7,1 27 100 %

% 26 % 21 % 27 % 26 % 100 %

• Rakennusten osalta (oikea taulukko) suurin vähennyspotentiaali on sähkönkäytön tehostamisessa (erityisesti sähkölämmitys yli 0,6 milj. pientalossa), öljylämmityksestä luopumisessa ja uusiutuvien lisäämisessä kaukolämmössä

70,9

78,5

71,0

56,7

14,2

0

20

40

60

80

1990 2007 2012 2020 2050

MtC

O2-e

kv

© Sitra 2010

2050 rakennuskannasta on vielä puolet rakentamatta


Rakennuskannan kerrosala ikäluokittain v. 2050

0

10

20

30

40

50

60

70

80

En

ne

n 1

95

0

19

50

-lu

ku

19

60

-lu

ku

19

70

-lu

ku

19

80

-lu

ku

19

90

-lu

ku

20

00

-lu

ku

20

10

-lu

ku

20

20

-lu

ku

20

30

-lu

ku

20

40

-lu

ku

milj. m2

Vapaa-ajan

asuinrakennukset

Tuotantorakennukset

Julkiset

palvelurakennukset

Liike- ja

toimistorakennukset*

Asuinkerrostalot

Rivitalot

Omakotitalot

2010

Vuoden 2010 rakennuskanta vuonna 2050

290 milj. m2

Uudistuotanto 2010 – 2050

270 milj. m2

© Sitra 2010

Despite of reduced total energy use in 2020, electricity use will most probably continue to increase


Electricity District heat

0

20

40

60

80

100

120

140

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

TW

h

Total electrical energy use in Finland

P1

P2

VNK A

VNK C

Actual

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

TW

h

Total district heat energy use in Finland

P1

P2

VNK A

VNK C

Actual

© Sitra 2010

Sähkö vs. kaukolämpö: ominaispäästöt pidemmällä tähtäimellä samat, eurot kuitenkin ratkaisevat lämmitystapavalinnan, energian kallistuminen välttämätöntä


Electricity District heat

0

50

100

150

200

250

2010 2020 2030 2040 2050

kg

CO

2/M

Wh

Average specific emissions of electricity production

P1

P2

VNK A

VNK C

0

50

100

150

200

250

2010 2020 2030 2040 2050

kg

CO

2/M

Wh

Average specific emissions of district heat production

P1

P2

VNK A

VNK C

© 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


Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations

Towards 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

Ei keksitä polkupyörää

Suomessa


Summary Table of Incentives

DE IT FR Hu BE SE

YEAR 2009 2009 2009 2009 2009 2009

FIN

AN

CIA

L

Direct Funding of Energy Repairs

Yes Yes Yes Yes Yes Stopped

Financial Help for Low-Income Households

Yes Yes Yes No Yes No

Green Loans / Soft Loans Yes Yes Yes Yes Yes No

Third Party Financing Yes Yes Yes Yes Yes No

TA

XE

S

Tax Deduction Stopped (2009)

Yes Yes No Yes Yes

Lower VAT on Labour and Materials

Stopping Materials Labour

& Material

No Labour n.a.

TE

CH

NO

LO

G

Y S

PE

CIF

IC

Subsidies on Sustainable Energy Devices

Yes Yes Yes Yes Yes Yes

Feed-in Tariffs per kWh (€/kWh) Yes Yes Yes Yes No

n.a.

Green Certificates No Yes Yes Yes Yes n.a.

OT

HE

RS

Rent Indexation (Owner-Renter Balance)1

n.a. n.a. n.a. No n.a. No

1 At this moment, the sole case of rent indexation has been found in the Netherlands.

REHVA benchmarking study: incentives

© Sitra 2010

ERA17 kansallinen toimintaohjelma: yksi keskeinen toimenpide seuraavan 10 vuoden rakentamismääräysten tiekartan laatiminen kehityksen ennakoinnin helpottamiseksi

www.era17.fi

Rakennusten energiatehokkuusdirektiivi EPBD recast: Kaikki uudet julkiset rakennukset ovat 31.12.2018 jälkeen lähes nollaenergiataloja

Kaikki uudet rakennukset ovat 31.12.2020 jälkeen lähes nollaenergiataloja

http://eur-lex.europa.eu/JOHtml.do?uri=OJ:L:2010:153:SOM:FI:HTML http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm

Direktiiviä toimeenpanevien kansallisten säädösten tulee olla annettu ja julkaistu viimeistään 9.7.2012


http://www.era17.fi/

http://eur-lex.europa.eu/JOHtml.do?uri=OJ:L:2010:153:SOM:FI:HTML



http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm

© Sitra 2009

EU halua olla eturintamassa ja varmistaa omaa kilpailukykyä, mutta herätty muuallakin

Japanilainen 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)

© 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

© 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


Preliminary EP targets for Low2No

EP in OFFICES

Net delivered

energy use,

kWh/(m2 a)

Energy

carrier

factor, -

Primary

energy use,

kWh(m2 a)

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

© Sitra 2009

EPBD recast – Rakennusten energiatehokkuusdirektiivin

uusinta 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)


© Sitra 2010

Cost optimal vs. nZEB – kustannusoptimaalisuus-

tarkastelu koskee minimivaatimuksia, käytännössä ensimmäinen 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


http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/doc/draft_regulation.pdf


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

Direktiivin määritelmä


REHVA nZEB definition

net zero energy building (ZEB) energy use of 0 kWh/(m2 a) primary energy

NOTE 1 A nZEB is typically a grid connected building with very high energy performance. nZEB balances its primary

energy use so that the primary energy feed-in to the grid or other energy network equals to the primary energy

delivered to nZEB from energy networks. Annual balance of 0 kWh/(m2 a) primary energy use typically leads to the

situation where significant amount of the on-site energy generation will be exchanged with the grid. Therefore a nZEB

produces 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 and

renewable energy technologies which may or may not be cost optimal NOTE 1 The Commission shall establish by 30 June 2011 a comparative methodology framework for calculation of

cost-optimal levels (EPBD recast).

NOTE 2. Not all renewable energy technologies needed for nearly zero energy building have to be cost-effective, if

appropriate financial incentives are not available.

ZEB has exact performance

level of 0 kWh/(m2 a) primary

energy use

nZEB depends on national

conditions


REHVA TF nZEB – system boundary

DELIVERED ENERGY

EXPORTED ENERGY

i

iiidel fEEE exp,,

System boundary for nearly net zero energy building definition, connecting a building to energy networks. Net delivered energy is delivered Edel,i minus exported energy Eexp,i accounted separately for each energy carrier i. Primary energy E is calculated with primary energy factors fi (simplified equation with the same factors for delivered and exported energy carriers)


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:

or i

ii

i

idelidel fEfEE exp,exp,,, i

iiidel fEEE exp,,


ENERGY NEED

HeatingCoolingVentilation

DHWLighting

Appliances

System boundary of net delivered energy

Net

deli

vere

d e

nerg

y

(ele

ctr

icity,

dis

tric

t h

ea

t, d

istr

ict

co

olin

g, f

ue

ls)

System boundary of delivered energy

heating energy

cooling energy

electricity for lighting

fuels

BUILDING

TECHNICAL SYSTEMS

Energy use and production

System losses and conversions

electricity

cooling energy

On site renewable

energy w/o fuels

district heat

district cooling

electricity

heating energy

Solar and internal

heat gains/loads

Heat exchange

through the building envelope

NET ENERGY

NEED

DELIVERED

ENERGY

EXPORTED

ENERGY

(renewable and

non-renewable)

electricity for

appliances

REHVA nZEB system boundary

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.

© Sitra 2010

nZEB is not cost optimal yet


Source: The Buildings Performance Institute Europe (BPIE):

http://dl.dropbox.com/u/4399528/BPIE/BPIE_costoptimality_publication2010.pdf

© Sitra 2010

Example of cost optimal calculation: Detached house, 3% interest

rate and 2% escalation (Estonian study, Energy and Buildings 43 (2011))

• 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


-50

0

50

100

150

50 100 150 200Glo

bal

incr

em

en

tal c

ost

(NP

V),

€/m

2

Primary energy, kWh/(m2 a)

Gas

Pellet

AWHP

GSHP

Electric

Oil

DH

BAUref.

Cost optimals with <2 €/m2 difference

nZEB

Cost optimal

Current reg.


Energiatodistus: How to integrate nZEB

into energy certificate scale?

nZEB as technically reasonable achievable

req. for new buildings (typically not cost optimal yet)

cost optimal for new buildings, category B or C

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

© Sitra 2010

2012 Energiapaketti uudisrakentamiseen – kokonaisenergiatarkastelu/primäärienergia

- julkistettiin 30.3.2011 - tulevat voimaan 1.7.2012

“if everyone does a little, we’ll achieve only a little”

… suurin muutos rakentamismääräysten antamisesta 1976 …

http://www.withouthotair.com/


© Sitra 2010

(Vapaavuori, Asuntoforum 2008)

Vuosi 2008:

Rakentamismääräykset 2012


2-kerroksinen kompakti pientalo 145 m2 D5:n ja

energiatodistuksen asetuksen mukaisesti laskettuna

Energiatodistus: virallisesti laskettu ja todellinen

energiatehokkuus

LaskentatapausU-arvo, ulkoseinät

LTO hyötysuhde

ET-luku,

kWh/br.m2,a ET-luokka -

Ostoenergia,

kWh/br.m2,a

CO2-päästöt,

kgCO2/br.m2,a

Perustapaus suoralla sähkölämmityksellä 0.24 60 181 C 176 70

Perustapaus maalämpöpumpulla 0.24 60 187 C 106 42

Sähkölämm., parannettu n50, LTO ja U-arvot 0.19 80 146 A 140 56

Maalämpö, 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

(TKK, LVI-tekniikka – 2008) 15.12.2011 Jarek Kurnitski

© Sitra

EPBD 2002, EuP 2005, RES 2008, EPBD recast 2010 have resulted regulation revisions in 2-3 years interval

• 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

Finland Lithuania

Austria Czech Latvia

Slovenia

Denmark Italy Belgium Greece

Germany Hungary

Netherlands Portugal

Poland

France

Sweden Norway

UK Spain

Estonia

Monthly Hourly

simplified Dynamic

simulation

For

com

ponents

Energ

y

fram

e

Prim

ary

en.

or

CO

2 e

m.

EP

re

qu

ire

me

nts

Calculation methods

Jarek Kurnitski

Source: Kurnitski J. Contrasting the principles of EP requirements and calculation methods in EU member states. REHVA journal, December 2008, 22–28. Finland 2012

15.12.2011

© Sitra 2010

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

© Sitra 2010

Energiatehokkuusdirektiivin mukainen kokonaisprimääri-energiakerroin pysy lähes vakiona (TKK KesEn -tutkimus)

• Tarkoituksellisesti on valittu “energiamuodon kerroin” eikä primäärienergiakerroin, mikä mahdollistaa sähkön kertoimen alentamisen


© 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


© 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)


© 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


© Sitra 2010

Energiatehokkuuden määritelmät kokonaisenergiatarkastelua varten

• Nettotarve (huone-lämpötilan ylläpito)

• Kulutus (järjestelmät)

• Kiinteistökohtainen tuotanto

• Ostoenergia (järjestelmien kulutus katetaan ostoenergialla)

• Muualle viety energia

• Netto-ostoenergia

• Energiamuotojen kertoimet

• Energialuku

10 kWh nettotarve

Lattialämmitys 85%: 11,8 kWh kulutus

Lämpöpumppu 3,5: 3,4 kWh ostoen.

Energialuku 5,7 kWh

Energiamuodon kerroin 1,7

TILOJEN

ENERGIANTARVELämmitysJäähdytys

IlmanvaihtoKäyttövesi

ValaistusLaitteet

Netto-ostoenergian taseraja

Nett

o-o

sto

en

erg

ia

(sä

hkö

, ka

uko

läm

pö

, ka

uko

jää

hd

yty

s, p

oltto

ain

ee

t)

Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja

lämmitysenergia

jäähdytysenergia

sähköPolttoaine

uusituvat / uusiutumattomat

TEKNISET

JÄRJESTELMÄT

Järjestelmähäviötja -muunnokset

sähkö

jäähdytysenergia

Uusiutuva oma-

varaisenergia

kaukolämpö

kaukojäähdytys

sähkö

lämmitysenergia

Auringon säteily ikkunoiden läpi

Lämpökuorma ihmisistä

Lämpöhäviöt

NETTOTARPEET

OSTOENERGIA

MUUALLE VIETY

ENERGIA

© Sitra 2010

D3 taseraja

• Ei ole lainsäädäntöä verkkoon syöttämiselle – netto-ostoenergian taseraja jätettiin sen takia pois

• Nollaenergiataloja tällä taserajalla ei siis vielä voi tehdä


TILOJEN

ENERGIANTARVE

Lämmitys

Jäähdytys

Ilmanvaihto

Käyttövesi

Valaistus

Kuluttajalaitteet

Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja

lämmitysenergia

jäähdytysenergia

sähkö polttoaineet

uusituvat ja uusiutumattomat

TEKNISET

JÄRJESTELMÄT

Järjestelmähäviöt

ja -muunnokset

Uusiutuva oma-

varaisenergia

kaukolämpö

kaukojäähdytys

sähkö

Auringon säteily ikkunoiden läpi

Lämpökuorma ihmisistä

Lämpöhäviöt

NETTOTARPEET

OSTOENERGIA

© Sitra 2010

Kesäajan huonelämpötilan hallinta

• Kesäajan huonelämpötilaa rajoitetaan:

- niin, että jäähdytysrajan arvoa (asunnot 27C, muut 25C) 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


© Sitra 2010

Vaatimukset laskentatyökaluille

Laskentamenetelmät:

• 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 laskentatyökalulla

Laskentatyökalut:

• 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)


© Sitra 2010

Pientalon sallittu E-luku riippuu asunnon koosta


204 204

162

152

100

120

140

160

180

200

220

100 150 200 250 300

E-lu

ku k

Wh

/(m

2a)

Lämmitetty nettoala, m2

© Sitra

EP-value comparison, 2008 data

• As requirements are both for primary (DK, EST, D) and delivered (S, N) energy, only the delivered energy can be compared

• DK,S &D do not include household electricity, therefore this is reduced from the values of EST & NOR

• 140 m2 house is considered as EP-value depends slightly on heated area in DK, N & D

• Electricity use of 3 kWh/(m2a) for fans of ventilation and 5 kWh/(m2a) for circulation pumps of water based heating (0 kWh/(m2a) for electrical heating) is assumed

• The figure shows maximum allowed delivered energy without household electricity (i.e. delivered energy to heating, hot water and ventilation systems) in each country for fossil fuel or electrical heating

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Denmark Norway Sweden Estonia Germany Finland

Max a

llo

wed

delivere

d e

nerg

y, kW

h/(

m2a)

Oil or gas boiler

Electrical heating

Jarek Kurnitski

2006 2007 New reg. from 2010 2010

Source: Kurnitski J. Contrasting the principles of EP requirements and calculation methods in EU member states. REHVA journal, December 2008, 22–28.

15.12.2011

© Sitra

EP-value, degree-day corrected data

• Assumptions for degree-day correction:

• Energy use for hot water heating 25 kWh/(m2a)

• Electricity use of 3 kWh/(m2a) for fans of ventilation and 5 kWh/(m2a) for circulation pumps of water based heating (0 kWh/(m2a) for electrical heating)

• Remaining space heating energy is corrected with degree-days calculated from ASHRAE 2001 data; 17°C degree-days used: - 2917 Berlin, 3259 Copenhagen, 3894

Oslo, 3963 Stockholm, 4240 EstoniaTRY, 4422 °Cd Helsinki

- the values are corrected to Copenhagen 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180


Max a

llo

wed

delivere

d e

nerg

y, kW

h/(

m2a)

Oil or gas boiler

Electrical heating

Jarek Kurnitski

2006 2007 New reg. from 2010 2010

15.12.2011

Finland not successful because of poor heat recovery requirement

© Sitra

Denmark and Sweden 2010, Finland 2012, others 2008

Jarek Kurnitski

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180


Max a

llo

wed

deli

vere

d en

erg

y,

kW

h/(

m2a)

Oil or gas boiler

Electrical heating

15.12.2011

© Sitra 2010

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


Energiankulutuksen tyyppijakauma toimistoissa

Energiankulutuksen ja E-luvun muodostuminen

(Toimistorakennus 1 – vertailutaso - kaukolämpö)

Energiankulutuksen jakauma

Toimistorakennus 1 - vertailutaso

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Energia E-luku

MW

h

Jäähdytys

Kiinteistösähkö

Laitesähkö

Valaistussähkö

Lämmitys tuotantohäviöt

Lämmitys järjestelmähäviöt

Lämmitys käyttövesi

Lämmitys IV

Lämmitys tilat

© Sitra 2010

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


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.


System boundary of delivered energy

3.8 heating

11.9 cooling

10.0 lighting

BUILDING TECHNICAL SYSTEMS

15.0 PV electricity,from which 6.0 used in the building and 9.0 exported

Fuel 4.2

Electricity 33.8

Solar and internal heat gains/loads

Heat exchange through the building envelope

NET ENERGY NEED (47.2 kWh/(m2 a))

DELIVERED ENERGYBoiler3.8/0.9 = 4.2

Free cooling 4.0/10 = 0.4 Compressor cooling 7.9/3.5 = 2.3

Lighting 10.0

Ventilation 5.6

Appliances 21.5

Primary energy: 4.2*1.0 + (33.8-9.0)*2.5 = 66 kWh/(m2 a)

EXPORTED ENERGY

System boundary of net delivered energy

Net

del

iver

ed e

ner

gy

Electricity 9.0

21.5 appliances

(Sum of electricity 39.8)

21,5

10

3,2

0,61,1

10,8

NET ENERGY NEED (47.2 kWh/(m2 a))

Appliances (users')Lighting

Space

heatingHeating of air in AHUCooling in room unitsCooling of air in AHU

Example – nZEB Office building

• 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)

© Sitra

Pariisi, Elithis Tower • Koneellinen tulo- ja poisto LTO

• Jäähdytyspalkit

• Yötuuletus, atrium poistona

• Adiabaattinen + kompressorijäähdytys

• Pyöreä muoto + ulkoinen auringonsuojaus


© 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)

• E=85 15.12.2011

© 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…


© Sitra 2010

Lähes nollaenergiarakentamisen osaamisen kehittäminen Sitran Energiaohjelman ja Ympäristöministeriön yhteistyössä

1. 2012 energiamääräykset RakMk D3 2012, D5 2012 ja C4 2012

2. Energiamuodon huomioon ottaminen määräyksissä: päästö- ja primäärienergiakertoimien taustaselvitys

3. Laskennassa käytettävien säätietojen tarkistaminen: uuden energialaskennan testivuoden kehittäminen

4. Kylmäsiltojen huomioon ottaminen määräyksissä taulukkoarvoilla + yksityiskohtaisempi laskentaopas

5. Lämmitys- ja LKV- järjestelmien hyötysuhteiden taulukkoarvojen päivitys + yksityiskohtaisempi laskentaopas

6. Aurinkolämmön ja -sähkön laskentaohjeet + laskentaopas

7. Lämpöpumppujen laskentaohjeet + laskentaopas

8. Jäähdytysjärjestelmien laskentaohjeet + laskentaopas

9. 2012 E-lukujen vaatimustasojen arviointiprojekti – RT

10. …

• Myös muita oppaita kuten RIL:n matalaenergiaoppaat


© 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


2011 12-17 kurnitski-metropolia

Technology