PERFORMANTA ENERGETICA CLADIRI NZEB (CU CONSUM DE ENERGIE APROAPE ZERO)
Liginullenergiamajade nZEB kompetentsikeskuse asutamine ...
Transcript of Liginullenergiamajade nZEB kompetentsikeskuse asutamine ...
Click to edit Master title style
Liginullenergiamajade nZEB kompetentsikeskuse asutamine TTÜ-sse, töösuunad ja eesmärgid Teadmistepõhine ehitus 26.04.2012
Jarek Kurnitski Külalisprofessor, Tallinna Tehnikaülikool
Juhtivekspert, Soome Innovatsioonifond SITRA
Liginullenergiamajade (nZEB)
uurimisgrupp
• Mobilitase tippteadlase grant, mis tagab 4 doktorandi ja 1-2
juhendaja rahastamise
• Teema: ”Liginullenergiamajad (nZEB) Eestis: tehnilised
lahendused transformatsiooniks ja kuluoptimaalsuse
analüüsid”
• Uuringute kestus 1.4.2012 kuni 31.7.2015
• Töö eesmärgiks on luua Eestisse liginullenergiamajade uurimisgrupp
arendamaks Eesti teaduse kvalitatiivset taset
• Mahuline eesmärk 15 esimese kategooria publikatsiooni
Koosseis
Juhataja: Jarek Kurnitski
Juhendajad:
• Roode Liias
• Targo Kalamees
• Teet Andrus Kõiv
• Hendrik Voll
Doktorandid:
• Mikk Maivel
• Leena Paap
• Martin Thalfeldt
• Aivar Uutar
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
nZEB – murrang ehitussektoris?
• Mõnede riikide kavad
liginullenergiamajade ehitamisele üleminekuks uutes hoonetes
• Pikaajalised tegevuskavad detailsete eesmärkidega lihtsustavad ettevõtete valmistumist ja eesmärkide omaks võtmist
• Direktiiv (EPBD recast 2010/31/EU) nõuab liginullenergiamajasid (uued hooned) alates 2021 ja avaliku sektori uutes hoonetes juba 2019
nZEB tähendus
• Vähendada hoonete energiakasutust
• Toota lokaalselt soojus- ja elektrienergiat taastuvenergiaallikatest
• Joonisel Saksamaa näide kuni 50 GW installeeritud PV mõjust
elektritarbimisele (Hoffmann 2012) PV lõikab suvel tipukoormusi
ja toetab tsentraalset tootmist
lokaalne tootmine/elektrivõrgud ei ole vähemalt esialgu nii kriitilised
kui nZEB ehitus- ja tehnosüsteemide lahendused
Direktiivi definitsioon: 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
Mis on tehtud ja mis on teoksil?
• REHVA nZEB definitsioon 2011 http://www.rehva.eu/en/technology-and-research-committee
• 4/2012 seisuga loetud 1070 korda ja alla laaditud 409 korda – on mõjutanud
EPBD implementeerimist liikmesriikides
• Eesmärgina abistada ja tagada üheselt mõistetavad tehniliste määratlustega
harmoniseeritud implementeeriminen liikmesriikides
• Netonulleneergiahoone ZEB (Net zero energy building)
aastane primaarenergiakasutus 0 kWh/(m2 a) (aastane bilanss)
• Liginullenergiahoone nZEB (Nearly zero energy building)
tehniliselt mõistlikult saavutatav rahvuslik primaarenergiakasutus > 0 kWh/(m2
a), mis on saavutatud parima ehituspraktika energiatõhususlahenduste ja
taastuvenergiatehnoloogiatega, mis võivad olla või mitte olla kuluoptimaalsed
nZEB energiabilanss
• Energiatõhususe kujundamine – palju energiasimulatsioone et
eristada olulist mitteolulisest
• nZEB energiabilansi näide:
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
Kuluoptimaalne – madal ja liginull
VVm 258 määruse uuendamine • Eesti väikemaja, 3% intress ja 2% eskalatsioon (Kurnitski et al. Energy and Buildings 43
(2011))
• AWHP – air to water heat pump, GSHP – ground source heat pump, DH – district heating
• Ilma PV-ta, 4 soojustuse taset vasakult paremale: 0,42, 0,58, 0,76 ja 0,96 H/A
• H/A 0,42 ja 0,58 arvutatud päikesekollektoritega
• nZEB +239 €/m2 ehitusmaksumus (ETA=40 ), ilma PV-ta +93 €/m2 (ETA=80)
-50
0
50
100
150
50 100 150 200Glo
bal i
ncre
men
tal c
ost (
NPV
), €
/m2
Primary energy, kWh/(m2 a)
Gas
Pellet
AWHP
GSHP
Electric
Oil
DH
BAUref.
Cost optimals with <2 €/m2 difference
nZEB
Kuluoptimaalne Kehtiv nõue
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
nZEB case studies • nZEB office buildings in France, Netherlands, Switzerland and Finland
• Reported in REHVA Journal (3/2011 and 2/2012)
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Simulation example: State Real Estate
Twin-Towers building, Tallinn
23,4
8,0 8,4
0
5
10
15
20
25
30
Heating Cooling Lighting
Net
en
ergy
nee
d, k
Wh
/(m
2a) Window to wall ratio 25%
28,9
14,0
6,2
0
5
10
15
20
25
30
Heating Cooling Lighting
Net
en
ergy
nee
d, k
Wh
/(m
2a) Window to wall ratio 50%
• 7 W/m2 installed lighting, occupancy sensors and photocell controlled dimming
• Double facades with blinds in between + external solar shading for single facades
• Net energy needs in the Figs (COPs, syst.efficiencies, energy carriers not considered)
• Primary energy / life cycle cost to be optimized
Window to wall ratio, % 25 50
Uwindow, W/(m2 K) 0.6 0.6
LT, %, single/double facade 71/62 71/62
g, -, single/double facade 0.49/0.42 0.49/0.42
Uwall, W/(m2 K) 0.18 0.18
nZEB components:
Central Europe vs. North Europe
• Large windows for max daylight to save lighting electricity
• Moderate insulation (Uwindow=1.1 , Uwall=0.30)
• More cooling need than heating need
• External solar shading
• “Glass” buildings with external shading possible
• Free cooling combined with compressor cooling or solar cooling
• Water based distribution system for cooling (or VRV)
• Heat recovery ventilation
• Demand controlled ventilation and lighting
• PV panels
• Small windows for lowest acceptable average daylight factor
• Highly insulated envelope (Uwindow =0.6…0.8, Uwall=0,15)
• Slightly less cooling but a lot of heating
• External shading for low solar angle
• Double façade to be used for “glass” buildings
• 100% free cooling possible with borehole water
• Water based distribution systems for heating and cooling (or VRV)
• Heat recovery ventilation
• Demand controlled ventilation and lighting
• PV panels
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Key performance specification for nZEB (Virta et al. REHVA GB 16 HVAC in sustainable office buildings)
• Some indicative values for key low and nZEB energy design criteria in cold and temperate climates
Unit Low energy Nearly zero energy
SFP of air handling unit kW/m3/s < 2.0 < 1.5
Heat recovery efficiency % > 60 > 80
Demand controlled ventilation meeting rooms all spaces
Installed lighting power W/m2 < 10 < 5
Lighting control time, daylight time, daylight, occupancy
U-value of window W/K,m2 < 1.2 < 1.0
g-value of window < 0.7 adaptable (seasons)
Solar shading yes automated
Infiltration (q50) m3/h,m2 < 1.5 < 0.6
Share of renewable energy % > 10 >20
Liginullenergiamajade vastupidavus ja
niiskustehniline toimivus • Oluliselt parem soojustus tähendab väiksemat soojuskadu ja niiskuse
väljakuivamist ning raskemaid tingimusi paljudele materjalidele ja sõlmedele
• Liginullenergiamajad nõuavad uusi välispiirete ja sõlmede lahendusi (Vinha 2011)
Soojustuse mõju alt
tuulutatud põranda
niiskusreziimile
U=0,4 U=0,2
40
50
60
70
80
90
100
1.5.99 1.7.99 31.8.99 31.10.99 31.12.99 1.3.00 1.5.00 1.7.00 31.8.00
Su
hte
ellin
en
ko
ste
us
, %
Kevytsorakerros
Kevytsoran pinta
Ilma keskikorkeudelta
KERROSTALO, KEVYTSORA
50
60
70
80
90
100
1.5.99 1.7.99 31.8.99 31.10.99 31.12.99 1.3.00 1.5.00 1.7.00 31.8.00 31.10.00S
uh
tee
llin
en
ko
ste
us
, %
Kevytsorakerros
Kevytsoran pinta
Ilma keskikorkeudelta
KEVYTSORA
Soojustuse lisamine vähendab
soojuskadusid , temperatuur
langeb ja suhteline niiskus tõuseb
– halvemal juhul hallitus (Kurnitski 2000)
Eesmärgid ja valdkonnad
• Peaeesmärk: tehniliste lahenduste väljatöötamine ja uuringud, mis
võimaldavad Eestis võimalikult kuluoptimaalsel viisil üle minna
liginullenergiamajade ehitamisele järgmise 10 aasta perspektiivis
• Põhivaldkonnad: hoonete energiatõhusus, hoonete tehnosüsteemid,
ehitusfüüsika ning ehitusökonoomika ja –juhtimine
Eesmärgid:
• Keskenduda kõige suurema nõudlusega nZEB tehnoloogilistele
lahendustele kasutades selleks muuhulgas ehitatavaid
kliimakambreid ja tehnoloogilist testhoonet
• Kütte- ja ventilatsioonisüsteemide lahendused nZEB hoonetele
• nZEB hoonete välispiirete lahenduste ehitusfüüsika/pikaealisus
• Büroohoonete fassaadide kujundamine päevavalguse, varjestuse,
kütte- ja jahutuse ning tehisvalguse seisukohalt
• Kuluoptimaalsete ja nZEB lahenduste/hoonete majandusanalüüsid
Esimesed projektid
• Energiatõhususe miinimumnõuete VVm 258 uuendamine (Jarek, Targo ja
Teet Tark)
• RKAS Kaksiktornide energiatõhusus (Targo, Jarek, Martin, Aivar, Hendrik,
Erkki Seinre, Argo Rosin)
• RKAS liginulli ja madalenergia tüüplahendused (Jarek, Targo, Martin, Aivar,
Hendrik)
Artiklite esialgsed teemad:
• nZEB komponendid ja hoonete võrdlus (Jarek)
• Erinevate riikide miinimumnõuete analüüs (Jarek)
• H/A energiatõhususe arvutusmeetod (Jarek, Mikk, Targo)
• Madaltemperatuuri radiaatorküttesüsteemi konfigureerimine
soojuspumnbale ja küttesüsteemi kadude modelleerimine (Mikk)
• Fassaadide kujundamine päevavalguse, varjestuse, kütte- ja jahutuse ning
tehisvalguse seisukohalt (Martin, Hendrik)
• Tehnosüsteemide auditid ja ekspluatatsioon (Aivar)
• Super Aeroc (Leena)