Search

I ZEB, og som en del av arbeidspakke 5 "Konsepter og strategier for nullutslippsbygg", er det gjennomført en studie av to energikonsepter for boligområdet Ådland i Bergen. Ådland ligger ved Flesland, rett sør for Bergen sentrum. ByBo AS ønsker å bygge ut fra 500 til 800 boliger på området, der både de enkelte boligene og området som helhet skal oppfylle kriterier for nullutslippsbygg. I ZEB er det definert ulike ambisjonsnivåer for nullutslippsbygg. Den gjennomførte studien anbefaler et ambisjonsnivå ZEB-O som et gjennomsnitt for Ådland området. ZEB-O betyr at området skal være selvforsynt med energi, inklusive elektrisitet og varme, i ett år. I tillegg anbefales det at enkeltbygg skal oppfylle ambisjonsnivå ZEB-OM, det vil si at energiproduksjonen på bygget ikke bare tilsvarer det årlige behovet for energi, men at den fornybare energiproduksjonen også veier opp for utslipp av CO2 knyttet til produksjon av byggematerialer. Det anbefales videre å sette klare spesifikasjoner knyttet til materialbruk for hele området for å oppnå så lavt innhold av iboende CO2 fra materialbruk som praktisk mulig. To alternative energikonsepter er utredet for Ådland. Naturlig klimatisering, en bygningskropp med varmetapstall tilsvarende passivhusnivå, solfangere for varmeproduksjon og solceller for elektrisitetsproduksjon er inkludert i begge alternativene. Begge alternativene omfatter også en energisentral som skal stå for hovedandelen av varmeproduksjonen og med et tilhørende nærvarmeanlegg for området. For alternativ 1 benyttes grunnvarmepumper for varmeproduksjon. All elektrisitetsproduksjon kommer fra solceller. For alternativ 2 benyttes en biogassdrevet maskin som kombinerer produksjon av elektrisitet og varme (CHP). Beregninger er utført for årlig energibehov og produksjon av varme og elektrisitet for begge alternativene. Analysen viser at det er mulig å oppnå en ZEB-O-ambisjon som et gjennomsnitt for boligområdet Ådland for begge alternativene.

This report deals with how to define what a Zero Emission Building (ZEB) is with explanation and analysis of different parameters related to embodied emissions of CO2 equivalents. The report can be used as a guidance tool on how to assess embodied emissions, and also on what parameters should be evaluated in such an assessment. Different ambition levels for ZEBs may include life stages, operation, material, construction and end-oflife and can be documented according to EN 15978. Calculation procedures should include system boundaries, embodied emissions from materials, transport, the construction process and waste handling according to the ambition level. CO2 eq emissions factors, service life estimates and payback scenarios for CO2 emissions need to be considered. The report does not contain one single clearly defined method, but rather a state-of-the-art summary on the different issues and refers to other relevant national and international work in the field of ZEB definitions. The issues presented here are in early stages of development and will need to be verified and further developed.

The main aim of the work has been to do modeling and calculations of the energy use, embodied emission and the total CO2-emissions for a typical Norwegian office building. The goal is to find the most important parameters in the design of a zero emission office building, according to the current ZEB definition. The preliminary conclusions from this study are: 1. For a typical medium raise office building (4 storey) it is rather easy to achieve a ZEB-O (Operation) level, which in this case can be labeled a zero energy office building (energy produced on-site with PV equals total electricity demand). 2. Taking into account also the embodied emissions from materials and installations it seems very difficult to achieve the ZEB-OM (Operation and Material) level. The calculation is based on using areas with "acceptable" solar yield, namely the roof and the south (long) façade. 3. Even if the calculation of embodied emission (EE) has considerable uncertainties, preliminary results indicate that EE is considerable higher than the emission related to operational energy use. However, this is based on traditional design and material use of a Norwegian office building. A more optimized building with regard to low carbon materials, could change the balance between operational- and embodied emissions. 4. To achieve a ZEB-OM level a combination of further reduced energy demand, high performance thermal supply systems, reduced embodied emissions and increased PV-production seems to be the solution.

The main aim of the work has been to do modeling and calculations of the energy use, embodied emission and the total CO2-emission for a typical Norwegian residential building. By doing this we try to reveal and study the main drivers for the CO2-emission, and also which performance is necessary for components and solutions in a Zero Emission Building according to the current Norwegian ZEBdefinition. The preliminary conclusions from this study are: 1. For a typical single family home (2 storeys) it is rather easy to achieve a ZEB-O (Operation) level, which in this case can be labeled a zero energy building (energy produced on-site with PV equals total electricity demand). 2. Taking into account also the embodied emissions from materials and installations it is difficult to achieve the ZEB-OM (Operation and Material) level by using only the flat roof for PV-production. 3. Even if the calculation of embodied emission (EE) has considerable uncertainties, preliminary results indicate that EE is significantly higher than the emission related to operational energy use. However, in current calculation no significant effort has been made to reduce EE, in contrast to operational energy use where high performance solutions have been used. 4. To achieve a ZEB-OM level a combination of further reduced energy demand, high COP/SPF thermal systems, reduced embodied emissions and increased PV-production seems to be the solution.

Rapporten presenterer en foreløpig metodikk for etterprøving av bygningers energibruk. Den er ment som et underlag til den kommende standarden fra Standard Norge, og er utarbeidet av SINTEF Byggforsk og Entro AS på oppdrag fra ENOVA.

Block 4 – Session 11, Renovation track: Design of renovation conference report

Standarden NS3701 Kriterier for Passivhus‐ og lavenergibygninger – Yrkesbygninger, ble utgitt september 2012. NS 3701 bygger delvis på prosjektrapport 42 fra SINTEF Byggforsk, som har blitt brukt som foreløpig kriterier for Enovas passivhusprogram, men det er i løpet av ca. to års behandling i komiteen SN/K 34 (Standard Norge) gjort betydelige endringer i forhold til denne rapporten. I kapittel 1 er det beskrevet hvordan man har kommet fram til kravsmodeller for varmetapstall, oppvarmingsbehov og kjølebehov. Justeringer for lokale klimaforhold og størrelsen til bygget er gitt. I kapittel 2 og 3 er det utledet hvilke luftmengder og internlaster man har lagt til grunn for kravsnivåene. I kapittel 4 til 14 er det vist hvordan man har regnet seg fram til kravsnivå (passivhus), og klima‐ og arealkorreksjoner for alle 11 byggkategorier (yrkesbygg). Beregningene i kapittel 4‐14 omfatter bare passivhusnivået. Samme beregninger er gjort for lavenergi, og er oppsummert i vedlegg C.

Several Nordic countries have a long tradition for timber frame building, especially in small houses, but also in larger buildings with load bearing concrete constructions, as filled in wooden structures in the main facades. Therefore, to improve the marked share for Passive houses, it is crucial to develop guidelines for energy efficient timber frame constructions, suitable for northern climate conditions and building traditions. Climatic conditions and architectural traditions differ between regions. Hence, it is important, but not enough to look at solutions in other countries. A lot of “German” or “Austrian” solutions or building materials could be used in Nordic countries too, but they may be difficult to introduce due to different building traditions. Climatic conditions between Norwegian average climate and Central-European average climate differs not as much as most of us think. On the other hand – there are much bigger climatic differences within Norway. The temperature varies more between mild coast and cold inland than between south and north. In addition, there are large regional and local variations concerning rain, wind and solar conditions. The paper will report the results of a research project called “Passive House solutions based on timber frame constructions”, which dealt with state of the art analyses concerning wooden constructions used in Passive House projects in Norway, Sweden, Germany and Austria. A literature review of research reports and existing guidelines are also carried out. The main observations are discussed with regard to different climate conditions and relevance for the Norwegian building industry. The paper will give an overview of used constructions and main distinctions between the mentioned countries as well as examples on possible solutions for different climate conditions, ensuring good indoor climate and avoiding moisture problems. One observation within the study is that some constructions in Sweden are more different Norwegian solutions than Central-European solutions are, for instance use of EPS between two layers of mineral wool, or steel sections in wooden wall structures. Both in Sweden, Germany and Austria, foundation and slab on ground constructions differs considerably from solutions in Norway. Another difference is that there is little focus on wind protection in these countries, which is crucial in exposed locations in Norway. And last not least: Exposure to very much rain and wind some places on the coast in Norway makes it necessary to accept a compromise between low thermal bridge values around windows and rain protection in such cases. This emphasizes how important adapted solutions for Passive Houses are. The project was mainly funded by Innovation Norway. As an outcome, it was developed guidelines within the series “Fokus på Tre” and “SINTEF Building Research Design Guides”. Basic detail drawings will be shown in the presentation.

3B0593

Foreliggende prosjektrapport er et resultat av et omfattende utredningsarbeid utført av SINTEF Byggforsk i samarbeid med Trefokus AS i 2010 og 2011. Målet med prosjektet var å skaffe en systematisk oversikt over ulike konstruksjonsløsninger for passivhus basert på tre og egnet for norske leverandører og forhold. Rapporten synliggjør muligheter for å oppnå passivhusstandard i trehus og hvordan disse muligheter omsettes i praksis, både i Norge og relevante andre land, innenfor rimelige kostnader. Et passivhus har et veldig lavt energibehov sammenliknet med vanlige hus. Grunnen til at det kalles passivhus, er at man tar i bruk mest mulig passive tiltak for å redusere energibehovet. Hvis gjenværende oppvarmingsbehov er tilstrekkelig lavt og vinduer og dører har høye nok innvendige overflatetemperaturer, kan det velges et sterkt forenklet oppvarmingssystem. Begrepet og kriterier ble opprinnelig lansert av Passivhusinstituttet i Tyskland. I noen land ble det imidlertid utviklet egne passivhusstandarder og -kriterier. Prinsipper samt standarder og kriterier blir innledningsvis presentert i rapporten, med spesiell vekt på lufttett bygningskropp med minimale kuldebroer. Etter en presentasjon av eksisterende veiledningsmateriell blir det drøftet forskningsresultater som viser at optimalisering av vindusinnsetting har stor betydning for minimering av kuldebroer. Vinduer bør helst plasseres i isolasjonssiktet, et stykke inn i fasadelivet og med isolasjon ført på karmen. Samtidig må sikkerhet mot slagregn ivaretas. I hoveddelen av rapporten blir det presentert og analysert ferdigstilte passivhus med tilhørende konstruksjonsløsninger i Norge, Sverige, Tyskland og Østerrike, inkludert noen rehabiliteringsprosjekter. I Tyskland og Østerrike ser vi en utvikling fra forholdsvis kompliserte til enklere konstruksjoner over tid, samt en tendens bort fra mineralull til mer bruk av innblåst celluloseisolasjon og porøse trefiberplater. Det brukes også mer og mer diffusjonsåpne konstruksjoner med innvendig dampbrems. Tykkere porøse trefiberplater brukes i noen tilfeller som kombinert vindtetting og kuldebrobryting og føres på vinduskarmen, slik at den er isolert utvendig. Vinduene sitter i nesten alle tilfeller lenger inne i vegglivet og har påført isolasjon på karmen. I likhet med Sverige har alle undersøkte bygg det primære lufttettesjiktet innvendig, det vil si i kombinasjon med damptettings-/dampbremsjiktet. I noen svenske prosjekter er veggoppbyggingen komplisert med mange ulike lag og bruk av flere isolasjonsmaterialer i samme konstruksjon. Vinduer sitter som oftest i flukt med fasaden. Mye vekt legges på avverging av kondensfare og oppstigende fukt. Totalt virker forskjellen mellom norsk og svensk byggeskikk relativt stor, sammenliknet med ulikheter mellom Norge og sentraleuropeiske land. Ringmurløsninger, som blir mye brukt i Norge, ser en verken i undersøkte prosjekter i Sverige eller i Mellom-Europa. Løsninger i norske prosjekter varierer fra relativt kjente konstruksjoner til mer nye/innovative løsninger, sett på bakgrunn av norsk byggetradisjon. I alle norske prosjekter har det vært fokus på god og fuktsikker byggeprosess, enten ved å bygge under telt, med værbeskyttet stillas eller ved å bruke prefabrikkerte elementer. Mange norske passivhus har fokus på utvendig kontinuerlig vindtettesjikt for å klare lekkasjetallkravet. Men med nye (for norske forhold) konstruksjonsløsninger er det likevel aktuelt å plassere det kontinuerlige hovedlufttettesjikt innvendig (dampsperre/dampbrems), slik det er vanlig også i passivhus både i Sverige, Tyskland og Østerrike. Rapporten avslutter med å drøfte hvilke konstruksjonsløsninger som kunne være egnet for norske forhold samt å vise og beskrive skisser for tre ulike veggkonstruksjoner med prinsipiell oppbygging og viktige overgangsdetaljer. Det er tydeligvis ulike tradisjoner, både konstruktivt og i byggeskikk generelt i de undersøkte land, som gjør det delvis vanskelig å ”importere” løsninger direkte til Norge uten først å ha vurdert egnetheten under ulike klimatiske forutsetninger. Ved å gjøre nettopp det, vil en imidlertid kunne bruke både mer diffusjonsåpne løsninger, nye materialer og andre konstruksjoner enn de fleste er vant til i Norge. En generell anbefaling er å forsøke å etablere både vindsperre- og dampbrems-/dampsperresjiktet som kontinuerlige lufttette sjikt. Som vedlegg viser rapporten ytterligere eksempler på konstruksjonsløsninger fra eksisterende veiledningsmateriell i Østerrike, bakgrunnsstoff for vurdering av vindusinnsetting samt en oversikt over produsenter av sertifiserte byggesystemer. 3B0323

Lavenergiprogrammet

SINTEF har i samarbeid med prosjekteringsgruppen for Mæla Skole arbeidet for å komme frem til smarte og helhetlige løsninger som gjør at en oppnår god komfort med lav energibruk, lav miljøbelastning og lave investeringskostnader. Prosjektet har fått navnet ”Mæla Smartbygg”. Med utgangspunkt i de konseptuelle løsningene som er valgt vil Mæla Skole kunne bli et av landets mest energieffektive undervisningsbygg. Dersom en skal være sikker på å nå målsetningen om at behovet for levert energi ikke skal overstige 80 kWh/m2, forutsetter dette at løsningene tilfreds-stiller kravspesifikasjonen utarbeidet med utgangspunkt i energimålsetningen for bygget, samt at varme- og ventilasjonsteknisk utstyr blir driftet optimalt. Dersom det reelle forbruket skal komme ned mot beregnet energibehov, kreves det bevisste brukere som ikke bidrar til sløsing av energi. Videre må styringen av varme og ventilasjon fungere optimalt, og settpunkt for oppvarming, ventilasjon må settes riktig. I tillegg er en avhengig av driftspersonell med god innsikt i hvordan en slik bygning fungerer og at driftsansvarlig evner å drifte den på en tilnærmet optimal måte. I utformingen av de konseptuelle varme- og ventilasjonstekniske løsningene ble det i tillegg til fokus på energieffektivitet lagt stor vekt på å komme frem til alternativer som også bidrar positivt i forhold til arkitektur og innemiljø. Generelt er behovet for ventilasjonskanaler redusert til et minimum, og den mekaniske ventilasjonen er dimensjonert med hensyn til luftkvalitet. Termisk komfort er sikret ved hjelp av passive tiltak som naturlig ventilasjon, solavskjerming og utnyttelse av termisk masse i tak, vegger og gulv. Valget av vindu og vegger med gjennomskinnelig isolasjon innebar noe økt risiko for at det ville kunne bli for varmt i undervisningsfløyene i 2. etasje i varme og solrike perioder. Ettersom disse lokalene pga. skoleferien normalt ikke vil være i bruk sommerstid ble likevel tiltakene i form av solavskjerming, naturlig ventilasjon og nattkjøling (utlufting av overskuddsvarme om natten) vurdert som tilstrekkelige til å sikre akseptabel termisk komfort gjennom skoleåret. Av branntekniske årsaker har løsningene med gjennomskinnelig isolasjon blitt omprosjektert i etterkant. Dette har konsekvenser både i forhold til energi og innemiljø, men det er ikke gjennomført noen detaljerte analyser av disse endringene av SINTEF i dette prosjektet.

Statens bygningstekniske etat (BE) har ønsket å få utredet konsekvensene av ulike ambisjonsnivåer for krav til varmegjenvinning fra ventilasjonsluft, samt eventuelt tilleggskrav til energieffektiv utforming av bygningers fasade. I tillegg skal energirammene i forskriften (TEK2007) justeres med bakgrunn i endelig fastsettelse av ny beregningsstandard NS 3031:2007. En slik utredning er gjennomført ved SINTEF Byggforsk, og er beskrevet i denne rapporten. Justering av rammekrav Det er forholdsvis liten forskjell mellom justerte beregninger i henhold til NS 3031 og opprinnelige energirammeberegninger, dvs differansen for netto energibehov utgjør i størrelsesorden 0 til 6 prosent. Varmegjenvinning Utredningen viser at det ut fra tekniske og økonomiske hensyn er mulig å øke kravnivået for varmegjenvinning fra ventilasjonsluften for de fleste bygningskategoriene. Dette innebærer en skjerping av årsmidlere temperaturvirkningsgrad fra 70 % til 80 %, for alle bygningskategorier bortsett fra sykehus, sykehjem og lett industri/verksteder. Eventuell skjerping av kravnivået til varmegjenvinning i boliger er ikke vurdert. Avhengig av bygningskategori, vil en skjerping av kravnivået for varmegjenvinning fra ventilasjonsluften innebære at netto energibehov reduseres i størrelsesorden 20 til 30 kWh/m2 per år. Utredningen viser at det på tross eventuell skjerping av virkningsgraden for varmegjenvinnere, fortsatt vil være mulig å benytte svært store arealer med vinduer og glassfelt. Det er foretatt følsomhetsanalyser som viser at avvik fra forutsetningene i grunnlaget for energirammene når det gjelder luftmengder og tilluftstemperaturer gir store muligheter for å svekke bygningens varmemessige egenskaper. Fasader Ulike metoder for tilleggskrav til fasader er undersøkt. Formålet har vært å finne metoder, og kravnivå, for å motvirke den effekten fasader kan ha når det gjelder dårlig inneklima. Mye kaldras og solinnstråling vil kunne bidra til høyere oppvarmingsbehov og kjølebehov enn hva energiberegningene viser. De mest hensiktsmessige metodene som er funnet i denne utredningen er: Formål å begrense oppvarmingsbehovet Det foreslås å sette minstekrav (maksimumsverdi) til gjennomsnittlig U-verdi for fasader, og at kravnivået beregnes for den aktuelle bygningen. Muligheten for å oppnå kravnivået for ulike bygningstyper og bygningsformer blir da lik. Hvilket nivå et eventuelt minstekrav til gjennomsnittlig U-verdi bør legges på er avhengig av hvor stor begrensning regelverket skal stille i forhold til mulig maksimalt areal for vinduer, glassfelt (og dører). En slik begrensning har naturligvis en vesentlig betydning for arkitekturen. Hvor ”strengt” dette kravet eksakt bør være diskuteres ikke her, bortsett fra at det påpekes at det kan være hensiktsmessig å basere minstekravet på et nivå nærmere TEK §8-21 a) (Energitiltak) enn TEK §8-21 c) (Minstekrav). Formål å begrense kjølebehovet Det foreslås minstekravkrav (maksimumsverdi) til produktet av glassareal/solbelastet gulvareal og systemsolfaktoren, og at kravnivået settes lik 0,03 for alle typer bygg, med unntak av småhus som ”fritas” for et slikt krav. Begge metoder bør vurderes innført i TEK. Kombinasjon fasader og varmegjenvinning Fordi en skjerping av kravet til virkningsgrad ikke er tilstrekkelig alene når det gjelder å begrense fasadenes bidrag til kaldras og overoppvarming, og med dertil høyere energibehov til oppvarming og kjøling, er det hensiktsmessig å supplere med de nevnte typer krav til mer robuste fasader.

dr.ing. dr.ing.