SUNSCAPE INDEX

Transkript

1 SUNSCAPE INDEX

2 SUNSCAPE SUNSCAPE... 2 BAKGRUND... 5 SOLENERGI I SVENSK STADSPLANERING...5 Behov av nya verktyg...5 Bakgrund...6 Metodik...6 Sunscape Index introduktion...7 GIS, visualisering och analys för struktur- och detaljplanenivå...8 Studier av solenergitypologier för analys på detaljplanenivå Forskning och utveckling inom området med kommentarer SUNSCAPE INDEX Sunscape Index Arkitekturpotential Marknadspotential Miljöpotential PLANPROCESSEN FÖR ÅRSTA Pilot Årsta VERKTYG I RELATION TILL PROCESS I PILOT Enheter Arkitekturpotential Årstafältet Marknadspotential Årstafältet Literaturlista Sid 2 (56)

3 Finansiärer Forskningsarbetet har finansierats av ARQ och Energimyndigheten. Huvudfinansiär för detta delarbete är ARQ. Huvudfinansiär för IEA Task 41 där utvecklingen av Sunscape Index har haft sin hemvist är Energimyndigheten. Delfinansiärer till IEA Task 41 är ARQ och Arkus. Om IEA SHC Task 41 International Energy Agency (IEA) är en fristående organisation som arbetar för att säkra tillförlitlig, kostnadseffektiv och ren energi för 28 medlemsländer. Inom programmet Solar Heating and Cooling bedrivs IEA Task 41: Solar Energy and Architecture som startade I Task 41 pågår nu en utveckling av riktlinjer och rekommendationer kring arkitektonisk integrering av solenergisystem. Målet är att ta fram riktlinjer för arkitekter samt visa exempel på god arkitektur med aktiv solenergi i ett internationellt perspektiv. IEA Task 41 leds av Maria Wall vid Lunds Tekniska Högskola och den svenska delen koordineras av Marja Lundgren, White arkitekter. Svenskt deltagande i Task 41 finansieras av Energimyndigheten, ARQ och Arkus. Sid 3 (56)

4 Organisation för arbetet med Sunscape Index Projektledare och författare till Sunscape Index Marja Lundgren, Arkitekt SAR/MSA och expert på byggnadsintegrerad solenergi Solenergipotentialstudier Erik Eriksson Civilingenjör Energi har simulerat i 3D Viritual Environment (IES) och utarbetat kopplingar till 2D excel Arkitekturpotential Ulrika Stenkula Arkitekt SAR/MSA, bostads- och planexpertis, handläggare av arkitekturpotential Kristina Philipsson, Arkitekt MSA, modellerat och illustrerat arkitekturpotential Marina Fusco, Arkitekt från Italien verksam på stipendiat i studien har inhämtat forskningsresultat, modellerat och studerat aspekter inom arktiekturpotential Marknadspotential Marknadspotential övergripande GIS, marknadspotentialverktyg för solvärme Tobias Nordström, planeringsarkitekt och partner på Spacescape har utvecklat GIS-analyser för att belysa miljö- och marknadspotential samt har ansvarat för marknadspotential avseende Solvärme och GIS-representation. Stefan Nordh, Civilingenjör industriell ekonomi, har tillsammans med Tobias Nordström utvecklat ett excelverktyg med koppling mellan marknadspotential och solenergipotentialsimuleringar i Virtual Environment (IES) avseende solvärme. Behovsstyrd utformning avseende solel Fredric Kihlberg, Byggnadsingejör har utvecklat ett excelverktyg för studier av relationen energibehov på timbasis, solinstrålning på timbasis och netspotpriser på timbasis inom marknadspotential och som underlag för arkitekturpotential Sid 4 (56)

5 BAKGRUND SOLENERGI I SVENSK STADSPLANERING Behov av nya verktyg Solenergi kan utnyttjas i byggnader i mycket högre grad än av vad som sker idag. Ett skäl till bristande användning är att arkitekter oftast inte har kompetens eller kunskap om vilka möjligheter som finns att integrera solenergisystem. Det första hindret finns på stadsbyggnadnivå. Kommuner idag saknar verktyg för att bedöma potentialen för aktiv solenergi. Detta samtidigt som allt fler kommuner ställer ökade krav på förnybar energi i framförallt nya stadsdelar. För att kunna utveckla planarbete i linje med de allt högre ställda hållbarhetsmålen och för att kunna utvärdera både miljömål i relation till plan och plan i relation till miljömål behövs nya utvärderingsverktyg. Under 2011 har därför Sunscape Index, en systematisk utvärderingsmetod av solenergi för utveckling av nya områden tagits fram. Metoden, som inte är fullständig ännu, kan även anpassas i framtiden för att omfatta befintliga områden. Metoden är utformad som ett index som knyter samman frågor som rör arkitektur, ekonomi och miljö i vad vi kallar potentialer. Metoden stöttar i att visualisera, analysera och utvärdera förutsättningarna för aktiv solenergi. För att arbeta med Sunscape Index behöver man även utföra solpotentialstudier men det är upp till användaren att välja solpotentialmetod. I detta projekt har vi använt simulering i 3D i validerade program samt för marknadspotentialberäkningar även inhämtat validerade solinstrålningsdata från en interaktiv webbplats som är framtagen av Joint Research Centre som står under Europakommissionen. Värdena är ur en GIS-databas. Syftet med arbetet är att föra upp frågor som behöver hanteras under planeringsprocessen och presentera enkla metoder som kommuner kan använda för att analysera förutsättningar för aktiv solenergi för ny bebyggelse. Med verktyget kan man tidigt studera områdets planform och bebyggelsestruktur för att på så vis kvalitetssäkra och möjliggöra ett effektivt bruk av solenergi på ett tidigt stadium. Möjligheten att illustrera potentialen för aktiv solenergi har flera syften; Synliggöra mängden energi som kan utvinnas från den aktuella stadsdelen så att detta kan tas i beaktande vid val av energiförsörjningssystem i ett tidigt skede (hur stora investeringar som kan räknas hem jämfört med andra energisystem i minskade utsläpp av CO2), framöver kallat miljöpotential. Detta kan även ligga till grund för miljöpolicies inom områden eller städer. Skapa möjligheter för kommuner att aktivt arbeta med integrering av solenergi i arkitektur, framöver kallat arkitekturpotential. Planering omfattar flera olika skeden, från översiktsplan till bygglov. Vid strukturplaneskede och detaljplaneringsskede blir utformningsfrågan avgörande för solenergiförutsättningarna vid byggnadsutformning. Möjliggöra en tidig bedömning av den ekonomiska potentialen för solenergi, vad vi framöver kallar marknadspotential. Marknadspotentialen beskriver förutsättningarna för en solenergiinvestering och kan även visa på samordningsvinster mellan flera fastighetsägare i så kallade kluster. Sid 5 (56)

6 Sunscape Index hanterar idag inte juridiska eller politiska frågor (exempelvis köp och sälj mellan fastigheter eller samfälligheter, mm). Det är frågor som vi hoppas kan lyftas inom andra fora och att verktyget ska bidra till att peka på behovet av utredningar avseende normer, juridik och politik. Verktyget är inte färdigutvecklat. Inom nuvarande tidsram och budget har det varit möjligt att presentera viktiga områden och aspekter samt att göra nedslag bland dessa aspekter, inte pröva samtliga. Dessa delar kan redan användas i planering. Fördjupningar och fortsatt utveckling av verktyget planeras inom ramen för ett föreslaget större forskningsprojekt förhoppningsvis inom International Energy Agency Solar Cooling and Heating programme under Bakgrund Utvecklingsprojektet är en del i ett internationellt projekt, kopplat till International Energy Agency Solar Cooling and Heating, kallat IEA 41. Marjoriteten av tidigare forskningsprojekt har främst beaktat tekniska aspekter av solenergi, detta är det första IEA projekt som främst beaktar arkitektoniska aspekter. Sunscape-projektet utgör en vidareutveckling och fördjupning av tidigare ARQ-projekt 11:2007 Metod för bestämning av solenergipotential i svenska tätorter initierat och projektlett av Linda Johansson, White arkitekter. I den förstudien belystes möjligheterna att använda kommunernas geografiska informationssystem (GIS) för ett urval av områden med goda förutsättningar för solenergi mycket tack vara möjligheterna att utnyttja fördelarna i GIS att göra noggranna sökningar i (kommunerna lägger ofta in information om kulturvärden, fjärrvärmenät, elnät, antalet hushåll) och även lagra information om möjligheterna för solenergi. Arbetet har pågått under 2011 med början i strukturplaneskede där förutsättningarna för solenergi undersökts med representation av resultat genom GIS, i steg 2 har arbetet med att utveckla Sunscape Index utifrån både strukturplaneskede och detaljplaneskede resulterat i en första version av utvärderingsmetoden som är oberoende av simulerings eller representationsprogram. Denna rapport presenterar hela arbetet som bedrivits under Metodik Forskningsarbetet att utveckla verktygslådan har skett utifrån metoden research by design utifrån en pilotstadsdel Årsta, med hjälp av ett nära samarbete med den kommunala projektgruppen för stadsbyggnadsprojektet Årstafältet. Pilotstudien gav fysiska ramar och målformulering för energi, både avseende energieffektiviseringsnivåer och förnybar energi. Studierna har, vilket denna rapport redogör för, utförts på två nivåer, dels strukturplanenivå och dels detaljplanenivå. Arbetet sker i samverkan mellan White och Spacescape, White har initierat studien och utgör projektledare, står för expertis inom solenergi i arkitektur, 3D-analyser och dynamiska simuleringar av solenergipotential och kopplingar till energipriser. White har även med egen stadsbyggnadskompetens i studien och har vana att arbeta som bedömare och användare av olika miljöklassningssystem. Spacescape står för GIS-expertis, stadsbyggnadskompetens och tidigare erfarenhet av utveckling av ett cykelplaneringsindex. Spacescape arbetade under 2011 som konsulter åt Stockholms stad med utformning av strukturplanen för Årstafältet och stödde därmed staden i typologistudier, vilket även forskningsgruppen tillåtits ta del av. Sid 6 (56)

7 Sunscape Index introduktion För att förstå beskrivningen av den metodik som använts vid utvecklandet av utvärderingsmetoden ger vi här en kort introduktion av Sunscape Index. Sunscape Index korskopplar viktiga frågor avseende miljö, arkitektur och energi som bör komma upp under strukturplane- och detaljplaneskedet för att den färdiga detaljplanen ska kunna erbjuda möjligheter att utnyttja solenergiteknik i de färdiga byggnaderna. Indexet är uppdelat i tre potentialer; miljö, arkitektur och ekonomi som i sin del behandlas i fyra kategorier i fallande ordning: 1. Område Varje potential har tre viktiga områden som behöver utvärderas mot solenergi 2. Huvudaspekt Till varje område hör ett antal huvudaspekter som är avgörande för hur solenergipotentialen tas om hand i utformningen av lösningar inom varje potential. 3. Delaspekt Till varje huvudaspekt kommer ett antal viktiga delaspekter som i sin tur kan förbättra eller försämra förutsättningarna för solenergiutnyttjande. 4. Enhet En enhet är vald för att mäta förutsättningarna för solenergiutnyttjandet på olika sätt för varje potential. Den ger information som kan påverkan ambitioner i en övergripande policy för en stadsdel. För att de tre potentialerna miljö, arkitektur och energi ska kunna samverka behövs alltid solenergipotentialstudier som underlag och input. Dessa kan utföras på ett valfritt sätt med validerade solpotentialmetoder. Sunscape Index är således inte knuten till någon särskild programvara. Det finns även fler sätt att visualisera resultaten. Vi har arbetat med 3D solenergipotentialstudier och 2D GIS för att kunna redovisa relationen mellan energibehov och energiproduktion i strukturplaneskede. I GIS, som många svenska kommuner idag redan använder, kan även många andra relevanta data läsas in som fjärrvärmenät mm. Det är dock inte nödvändigt att arbeta med GIS för att använda sig av Sunscape Index. I detaljplaneskede har vi arbetat med 3D, 2Dsektioner och illustrationer. Innehållet i Sunscape Index beskrivs närmre i ett eget kapitel. Sid 7 (56)

8 GIS, visualisering och analys för struktur- och detaljplanenivå White och Spacescape har i samarbete med Stockholm stad haft möjlighet att analysera ett av de större och mer ambitiösa pågående stadsbyggnadsprojekten och studien har anpassats till de översiktliga data som funnits tillgängliga i programskedet och det material som tagits fram av Stockholms stadsbyggnadskontors projektgrupp för Årsta inför start-pm för den första detaljplanen. För att systematisk sammanställa de viktigaste kriterierna inom områdena miljö, marknad och arkitektur valde vi i steg 1 att använda oss av GIS som plattform och i steg 2 att utveckla Sunscape Index som är en metod som kan tillämpas med stöd i verktyg som användaren själv väljer. Strukturplaneskede GIS gör det möjligt att integrera data från helt olika områden och förvaltningar och därigenom belysa solenergipotential och konflikter med allt från befintlig förekomst av fjärrvärmenät till kulturhistoriskt skyddad bebyggelse genom kartdata som i många fall finns lätt tillgängligt via kommunens eller andra myndigheters GIS-databaser. Då solenergipotentialen i realiteten påverkas av så många olika kriterier kan GIS i sammanhanget fungera utmärkt för representation av solenergipotential och eventuella intressekonflikter särskilt avseende miljöpotential, arkitekturpotential och ekonomisk potential. GIS är en förkortning på geografiska informationssystem och används av i princip alla svenska kommuner för mer översiktlig planering och som ett kartfönster för att inhämta information via webben eller via interna nätverk. GIS är ett datorbaserat system för att samla in, lagra, analysera och presentera lägesbunden information. I GIS kan alla kartobjekt inrymma information. Genom att överlagra kartlager kan också GIS-analyser mellan olika informationslager utföras. Inom stadsbyggnadsforskningen har också GIS börjat användas för att exempelvis söka samband mellan Sid 8 (56)

9 rumslig tillgänglighet och stadsliv. GIS kan alltså användas för att både inventera, producera och analysera rumsliga data. GIS innebär också att befintliga data inom olika kommunala förvaltningar lätt kan integreras i analysen. Begränsningen i GIS ligger dock i att de allra flesta användare idag enbart hanterar GIS i två dimensionell miljö. För att kunna uttala sig mer specifikt om solenergipotential behövdes en 3danalys, i detta projekt utförd i Virtual Environment (IES). Tidigare har det inte funnits någon enkel metod för att koppla samman 3d-data med 2d-gis. Därför har vi i projektet utvecklat en mjukvara med tillhörande metodbeskrivning för att utföra en sådan sammanlänkning. I slutet av rapporten finns en detaljerad metodbeskrivning och en gör det själv -manual. Detaljplaneskede I detaljplaneskedet har undersökningar av arkitekturpotential och ekonomisk potential genomförts i än högre grad genom 3D-modellering och simuleringar men även genom rena studier av gatusektioner och relationsstudier mellan energibehov, energiproduktion och netspotpriser över olika tidsperioder, år, månad, dag och timma och energiproduktion i excelverktyg. Även studier av samverkan mellan solenergi, i detta fall solvärme, och andra tekniker, i detta fall bergvärme, har skett i excelverktyg med koppling till 3D-simuleringar i VE. I detta skede har även jämförelse mellan ren lokal energiproduktion, samverkan lokal och central energiproduktion och ren central energiproduktion (fjärrvärme) gjorts. I detta skede har inte GIS använts. Underlag på strukturplanenivå från 3D-analyser Arbetet i piloten Årsta påbörjades genom en 3D analys av solenergipotential i ett simuleringsprogram VE för att registrera solinstrålningsdata över stadsdelen, fördelat på de olika väderstrecken och taken. 3D analysen överfördes därefter till 2D GIS (redogörelse i bilaga) varvid solinstrålning mot olika väderstreck tydligt redogörs i 2D, där övriga parametrar kommer att överlagras. Beräkningar har utförts i programvara Virtual Environment (VE) av IES (Integrated Environmental Solutions). Denna programvara används normalt för att beräkna energiprestanda i en enda eller ett fåtal byggnader. Mjukvaran är kapabel att analysera mycket stora byggnadsmodeller varför modellens storlek, med cirka 500 separata byggnader kan studeras. Den ursprungliga modellen för området var av 3D dwg-format. Varje byggnad representerades av en volym. Modellen importerades till VE via Sketchup vilket visade sig vara en utmärkt översättare av geometri till VE. Solenergipotential som vi simulerar i Virtual Energy är beroende av följande parametrar: - orientering - byggnadsytornas lutning - storlek ( grundyta, bortfall av yta) - skuggning (andra byggnader, byggdelar, vegetation) Sid 9 (56)

10 Figur 1. Simulering i VE av Erik Eriksson, White. Beräkning av solinstrålning i 3D De nödvändiga resultatet var solinstrålningsbetingelser för varje byggnad yta i form av energi under ett helt år. På grund av att utformningen av VE är fokuserad på enskilda byggnader, kan programmet endast extrahera för en yta i taget. Med i genomsnitt 3-5 ytor per fastighet var detta inte ett realistiskt genomförbart alternativ och risken för mänskliga fel var stora. Därför valdes solvärme (solar gain) till rum istället för solinstrålning på yta. I VE kan solvärme (genom fönster) beräknas för varje zon eller, i detta fall, byggnad och dessa kan extraheras mycket enklare. Alla ytor angavs vara fönster. Fönstren i VE sattes upp så att de skulle uppföra sig som hål i väggen: G-värde på 1, brytningsindex 1(ingen brytning), ingen ram osv. Detta sätt att använda solvärme med fönster på varje sida, en i taget, var jämfört med att utvinna den "på rätt sätt" och resultaten skiljde mindre än 1 procent. I VE finns en funktion (modelbuilder) som tillåter användaren att automatiskt lägga till fönster i önskad procentandel av ytan i önskad asimut. Därför skapades 5 modeller, var och med fönster i varje väderstreck plus / minus 45 grader och en för solinstrålning på taket. Som exempel hade modellen Sid 10 (56)

11 som beräknade instrålning på östtytor därför fönster på alla ytor som hade riktning mot 45 grader till och med 135 och söderut hade 135 till 225 och så vidare. Med tak avsågs ytor som lutade mer än 60 grader För att beräkna solinstrålning i VE så används två olika moduler i sviten. ApacheSim utför själva energiberäkningen och Suncast gör en "förberäkning" till ApacheSim där resultatet i Suncast fungerar som indata till energiberäkningen. Suncastberäkningen beräknar skuggning för alla byggnader för en dag varje månad. Därefter interpoleras resultatet i ApacheSim. Det går att göra beräkningar utan att förberäkna skuggfaktorer i Suncast, men då skulle varje zon antas stå för sig själv utan några som helst skuggande element. Byggnader skulle alltså inte ens kunna skugga sig själva. ApacheSim använder en klimat-fil med uppgifter om direkt och indirekt solljus. Värden för solhöjd och azimut ges också. Dessa används för att beräkna den effektiva delen av direkt solljus på alla ytor. Denna solinstrålning multipliceras sedan med varje fyllningsfaktor för att få rätt solinstrålning, för varje yta. Alla 3D-studier har allts utförts i VE. Vi har vidare utvecklat kopplingen mellan 3D-simuleringar och 2D-GIS. I 3D-simuleringarna tas solenergipotentialen fram samt BTA. Beräkning av solinstrålning för olika vinklar till marknadspotential För studier av relationen mellan solinstrålning, hushållens elbehov och elmarknadens netspotpriser har även generella studier av solinstrålning i olika vinklar utförts. Detta har skett genom inhämtning av validerade data från en interaktiv webbplats som är framtagen av Joint Research Centre som står under Europakommissionen. Värdena är ur en GIS-databas. Namn: Photovoltaic Geographical Information System - Interactive Maps Direktlänk: Antaganden Miljömålen vid Årstafältet är höga. Vi har utgått ifrån Energimyndighetens förslag till tolkning av EU-direktivet för 2020, där energianvändningen för en standardbostad skall vara maximalt 55 kwh/kvm, år. Utifrån den har vi gjort en enkel excelfil där energibehovet räknas ut från andelen BTA x 55 kwh/kvm, år. De 55 kwh/kvm, år har vi fördelat på 15 kwh elbehov och 40 kwh värme (uppvärmning + tappvarmvatten) för att kunna relatera detta till mängden förnybar energi i form av solceller (som genererar el) respektive solfångare (som genererar värme). Denna uträkning kopplas sedan till 2D-GIS som enkelt kan representera relationen. Studier av solenergitypologier för analys på detaljplanenivå På detaljplanenivå ställs ett antal krav på den fysiska formen av byggnaderna både vad gäller orientering, volym, höjder, tak- och fasadutformning. I Årstafältets planprogram presenterades en typologi som var en sammanvägning av det man beskriver att planen ska leda till arkitektoniskt, socialt, ekologiskt mm. Den typologin har studerats ytterligare under strukturplanefasen och vi har kunnat ta del av riktlinjer och typologiförslag. I detaljplaneskede tillkommer krav avseende takutformning med en grund i platta tak som kombinerar samvaroytor, gröna ytor och solgenererande ytor. I utvecklingsarbetet med Sunscape Index har Årstafältets utformningsfrågor studerats mot energiutfall. Arbetet har bedrivits genom modellering i Sketchup, med grund i täthetsgrad satt av stadsbyggnadskontoret och i Årstafältstypologin. Sid 11 (56)

12 Figur 2. Stadstypologi modifierad, illustration Spacescape. Studier har även genomförts i gatusektioner. Området Arkitekturpotential i Sunscape Index relaterar till då arkitekturkriterier ställs i stadsbyggnadsprocessen. Utvärderingar har skett i 3D-simuleringar i Viritual Environment (VE), genom inhämtning av data JRC inarbetade i ett exceldokument för att studera samband mellan energiproduktion, energibehov och netspotpriser och genom detaljstudier i PVsyst, ett systemmodelleringsverktyg utvecklat i Schweiz. I arbetet som redovisas i denna rapport har vi gjort nedslag både i den övergripande utvärderingen för stadsdelen med fokus på strukturplanenivå, nedslag i kvartersnivå med fokus på detaljplanenivå och nedslag på byggnadnivå med referenser. Sid 12 (56)

13 Forskning och utveckling inom området med kommentarer Forskning och utveckling om solenergi i stadsplanering som mest påverkat detta projekt återges kort här, främst utifrån forskningsartiklar. Det finns flera inflytelserika forskare sedan 70-talet inom detta område, varav tre påverkar vårt arbete mer än andra. Dessa är Ralf Knowles, Greg Ward Larsen och Raphaël Compagnon. Vi ger därför en kortare introduktion till deras arbete. Under 70-talet utvecklade Ralf Knowles vid School of Architecture, University of Southern California, en beräkningsmodell som han kallade Solar Envelopes och som kom att influera amerikansk lagstiftning för stadsplanering. Solar Envelopes har fortsatt att vara aktuellt, särskilt efter att de digitala simuleringsmetoderna har blivit exaktare och snabbare. Solar Envelopes skapar en ram för utformningen som reglerar skuggning och soltillgång särskilt under perioder då soltillgången för passiv solenergi behöver tillgodogöras. Beräkningsmodellen baseras på att reglera Shadow fences skugggränser, inom en vald tidsram cut off times för att ta fram den största möjliga volymen som inte ger skuggning utanför den egna ytan under den valda tidsramen. Den valda tidsramen, säsong och under dagen, avgör hur stor volym ett Solar Envelope kan inrymma. Solar Envelopes varierar beroende på riktningen och utformningen av gatunätet. 1 Greg Ward Larsen med flera utvecklade en simuleringsmotor som idag används i merparten av simuleringsprogram som redovisar ljus och solinstrålning. De flesta artiklar inom området har en bas i solenergipotentialstudier baserade på radiance metodik. Simuleringsmotorn eller simuleringsprogrammet heter RADIANCE. 2 Det finns ett stort antal vetenskapliga artiklar som anknyter till eller utforskar stadsbyggnadsutformning i relation till aktiv solenergi. Merparten rör utvecklandet av nya, precisare och snabbare simuleringsmotorer för tredimensionell analys av städer och dessa tar ofta sin grund i RADIANCE. Bland funna artiklar finns dock ytterligare de som beskriver pilotprojekt eller studier i relation till pilotprojekt där stadsbyggnadsmetoder för solenergipotentialutvärdering. Några av dessa behandlar även relationen mellan energiproduktion och energianvändning. Ibland de senare är just Rafaël Compangnon arbete 3 där han presenterar en metod för att kvantifiera potentialen av solenergi för dagsljus, passiv och aktiv solenergi på fasader och tak i ett urbant landskap. Compagnon relaterar solinstrålning (från sol och himmel) till den urbana formen (mark och byggnader) och räknar om i nyttiggörande för både aktiva komponenter och för passiva lösningar genom minskandet av behovet av artificiellt ljus eller energianvändning). För att nå rätt omvandling måste skuggning och reflektioner uppskattas för att det ska gå att kvantifiera urban sol- och dagsljustillgång. För detta inklusive nivåer för omräkning från soltillgång till olika aktiva tekniker utvecklar Compagnon en metod som han testar i en pilotstudie i Schweiz, relevant för denna studie. Ytterligare artiklar beskriver (Gasden et al., 2003) ett nytt solenergiplaneringsverktyg Solar energy planning (SEP) utvecklat för Storbritannien, utifrån liknande skäl som ligger bakom denna studie, nämligen uppfattningen att solenergi underutnyttjas till del på grund av avsaknad av kompentens och verktyg i planering för att bedöma förutsättningarna av solenergi utifrån ett stadsbyggnadsperspektiv. SEP-metoden hanterar passiv solenergi och aktiv solenergi och är kopplad till Building Research Establishment Domestic Energy Model BREDEM, vilket ger en direkt relation till energianvändning och är kopplad till GIS och uppmätta energidata. 1 R. Knowles, The solar envelope: its meaning for urban growth and form, Energy and Buildings 35 (1) (2003) G. Ward Larson, R. Shakespeare, Rendering with Radiance: The Art and Science of Lighting Visualization, Morgan Kaufmann, San Francisco, R. Compagnon, Solar and daylight availability in the urban fabric, Energy and Buildings 36 (2004) Sid 13 (56)

14 Solenergipotentialstudier kopplade till GIS utvecklas i Europa och i ett pågående EU-projekt kallat POLIS ( Identification and mobilisation of Solar Potential via Local Strategies. Dessa är ofta webbaserade och möjliggör att både staden och privatpersonen får tillgång till visualiseringar av solpotentialen i den befintliga bebyggelsen. I Sverige har Göteborgs Energi tillsammans med Göteborgs Universitet och WSP genom Per Jonsson utvecklat ett verktyg som kan beräkna solpotentialstudier ner på kvadratmeternivå baserade på en helicopterscanning av Göteborgsstad och SMHI:s instrålningsdata, kallat SEES. Det finns ett stort antal validerade och effektiva sätt att beräkna solenergipotentialen men hur man ska utveckla arkitektur och stadsbyggnad för att utnyttja denna finns det fortfarande begränsad forskning kring. En studie från 2006 som handlar om relationen mellan Urban Form, Density och Solar Potential presenterades i form av en artikel vid PLEA2006 the 23rd Conferens on Passive and Low Energy ARchitecture, Geneva, Schwitzerland, 6-8 september I den studeras relationen mellan en symetrisk och en slumpmässig stadsbyggnadsutbredning av punkthus. Studien utfördes för Sao Paulo (23,5 S) vilket innebär högt stående sol i relation till nordiska förutsättningar, exempelvis jämfört med Stockholm (56). Studien är en parametrisk jämförelse, dock finns inget planerat alternativ anpassat efter solen. Det framgår att en jämn fördelning i horizontalläget, vid denna breddgrad, alltid är sämre än en slumpmässig fördelning som ger mer utrymme mellan husen och för solen att infalla. En jämn fördelning kontra en slumpmässig fördelning i höjd ger olika resultat beroende på densitet ( i studien jämfördes en densitet på 9% respektive 36%). Relationen mellan dagsljusinfall och solenergiinfall för att generera energi jämfördes också i studien. En hypotes från vår sida är att planerad anpassning efter solen, är en syntes av många olika faktorer, vilket i sin tur kan vara svårt att studera i en experimentform med ett begränsat antal variabler lär ge ett bättre resultat, särskilt om vi tittar på skandinaviska breddgrader med en lägre stående sol. Research by design är ett intressantare angreppssätt som tydligare ger den komplexa situationen rättvisa. En relevant artikel för detta arbete, men som fokuserar mer på befintlig bebyggelse och därmed stadsbildens bevarandefrågor är en studie utförd av Maria Cristina Munari Probst och Christian Roecker vid LESO, ansvariga för att driva en av delinriktningarna inom det IEA Task 41-arbete som denna studie ingår i. Artikeln 4 beskriver en metod LESO QCVS metod att värdera byggnadsintegrerad solenergi i befintlig miljö i relation till den lag som antagits i Schweiz, som ska stödja spridning av aktiv solenergi och samtidigt bevara den urbana kontextens kvaliteter. Då denna lag har inneburit tolkningssvårigheter och skillnader i tolkning mellan olika professionaliteter lägger författarna fram ett förslag till metod för värdering av; den urbana kontextens sensibilitet (sammanhållen stadsbild eller den arkitektoniska miljös kvalitetsnivå), systemets synlighet (nära och på avstånd) och den socio-politiska kontexten (prioriteringar avseende politik och energi som kan variera för olika platser och tider). Metoden innebär en kvantifiering i tabellformat för de tre nivåerna. I dagsläget använder vi i Sunscape Index endast av kvantitativa data i enheten för varje potential. Inom arkitektonisk potential är det sedan de kvalitetskrav som kommunen eller stadsbyggnadskontoret sätter som relateras till enheten och vilka kvantitativa krav som kan sättas i en policy. Vår studie rör främst nybyggnad. 4 MC. Munari Probst, C. Roecker, Urban acceptability of building integrated solar systems: LESO-QSV approach, ISES solar world congress Sid 14 (56)

15 SUNSCAPE INDEX Sunscape Index Sunscape Index korskopplar viktiga frågor avseende miljö, arkitektur och energi som bör komma upp under strukturplane- och detaljplaneskedet för att den färdiga detaljplanen ska kunna erbjuda möjligheter att utnyttja solenergiteknik i de färdiga byggnaderna. Som tidigare beskrivet är indexet är uppdelat i tre potentialer; miljö, arkitektur och ekonomi som i sin del behandlas i fyra kategorier i fallande ordning: 5. Område Varje potential har tre viktiga områden som behöver utvärderas mot solenergi 6. Huvudaspekt Till varje område hör ett antal huvudaspekter som är avgörande för hur solenergipotentialen tas om hand i utformningen av lösningar inom varje potential. 7. Delaspekt Till varje huvudaspekt kommer ett antal viktiga delaspekter som i sin tur kan förbättra eller försämra förutsättningarna för solenergiutnyttjande. 8. Enhet En enhet är vald för att mäta förutsättningarna för solenergiutnyttjandet på olika sätt för varje potential. Den ger information som kan påverkan ambitioner i en övergripande policy för en stadsdel. Alla enheter relaterar till antalet kwh som systemet producerar. Nu följer en presentation av Sunscape Index, i ordningen Arkitekturpotential, Marknadspotential och Miljöpotential. Sid 15 (56)

16 Arkitekturpotential Med arkitekturpotential vill vi lyfta områden, aspekter, delaspekter som kan påverka utfallet avseende förutsättningar för solenergiutnyttjande. Vi ser att man i ett tidigt skede skulle kunna utvärdera gestaltningen eller använda detta index som stöd i utformningen med målet att uppnå en viss andel solenergiproduktion. Vi har listat tre områden som relevanta i struktur och detaljplaneskede: 1. Stadsdelsutformning som omfattar volymer, orientering, gatustruktur och topografi 2. Byggnadsutformning som omfattar taklandskap och fasadutformning 3. Uterum/stadsrum som ur solenergiaspekt avser gatumöbler Sedan finns ett antal delaspekter som gäller för alla dessa områden och aspekter som hur man arbetar med förstärkningar genom reflexer, tex tar var på vatten eller använder byggmaterial som reflekterar, hur man arbetar med grönska (som både har andra viktiga miljöegenskaper men också kyler solceller vilket ger dem bättre verkningsgrad), risker som skuggning samt hur man arbetar med dubbelfunktioner och med pedagogiska inslag. För att uppnå en aktiv solenergiproduktion utvärderas därför arkitekturutformningen med avseende på energiutfallet. Vi har valt två enheter; täckningsgrad och energiproduktion/panel: - Täckningsgrad avser den andel energi som solpanelerna kan täcka av byggnadens energibehov, solceller avseende el och solfångare avseende värme. Täckningsgraden anges i procent och kan avse på årsbasis, månadsbasis eller över dygnet. - Energi/panel avser effektiviteten både rent energimässigt men även ur kostandssynpunkt. Det är viktigt att i planeringssammanhang att se tydligt dessa två faktorer. Arkitekturpotential kan även mätas mot besparingar per panel som Marknadspotential listar. Sid 16 (56)

17 Marknadspotential Marknadspotential behandlar: 1. Energibehov kopplat till byggnadens energiprestanda, energiprofil och storlek 2. Ekonomi som kopplar till kalkylränta, återbetalningsperiod, besparingar i relation till energimarknadspriser 3. Teknik som kopplar till samverkan mellan sol och andra energiproduktionstekniker och förutsättningarna på platsen för lokal produktion. Viktiga delaspekter för att veta vad som är målet är naturligtvis önskad täckningsgrad, över dag, över månad, över året och områdets andel bostäder respektive kontor för att de har olika energiprofil. Detta mäts då mot besparingar och återbetalningstid per panel. Eftersom att detta är en delstudie och inte färdig finns naturligtvis fler möjligheter att utveckla. Sid 17 (56)

18 Miljöpotential Med Sunscape Index potentialstudier kan olika alternativ redovisas genom jämförelser av olika energislags CO2(e)-växthusgasutsläpp per kilowattimme. I miljöpotentialen kan därför mängden energi (solpotential) som träffar byggnadsytorna i den aktuella stadsdelen beräknas och omvandlas i solvärme eller solel så att detta kan tas i beaktande vid val av energiförsörjningssystem i ett tidig skede, varvid olika alternativa energiförsörjningslösningar inklusive ett alternativ med sol kan analyseras och redovisas i form av växthusgasutsläpp. Inom ramen för detta projekt har vi inte hunnit studera miljöpotential närmre, vi ser dock framför oss att mätpunkter skulle kunna vara just CO2(e) för olika alternativ baserat på LCA per panel eller per energiproduktionsform. Ytterligare en viktig aspekt skulle kunna vara att studera energiproduktionens material och avfallshantering ur ett cradle to cradle perspektiv. Vilka energislag uppfyller kretsloppskriterierna bäst? Sid 18 (56)

19 PLANPROCESSEN FÖR ÅRSTA Pilot Årsta Årstafältet är ett område i södra Stockholm, i höjd med Hammarby Sjöstad men en bit in från Mälaren. Området planeras nu och en strukturplan utvecklades under våren Första workshopmötet mellan Stockholms Stadsbyggnadskontor och byggherrar som anmälde intresse för markanvisning var den 23 februari Miljömålen i programbeskrivningen är ambitiösa men var under 2011 ännu inte specificerade eller uttryckta i någon form av policy. I Stockholm äger Stockholm stad marken i många av de nya utbyggnadsområdena, vilket innebär att förutsättningarna för att ställa krav på markexploatörerna är stora. Hammarby Sjöstad och Norra Djurgårdsstaden är två stadsdelar där man valt att ställa krav i markavtal, även avseende krav på lokalt producerad förnybar energi. I dessa stadsdelar har inte miljökrav, strukturplan och gestaltningsprogram konsekvensbelysts utifrån relationen mellan miljökrav, miljöförutsättningar och formpåverkan. Vi har därför funnit det intressant att i ett pågående stadsutvecklingsprojekt testa funktionen av ett verktyg som kan utvärdera förutsättningarna för solenergi i själva planen. Figur 3. Plan över stadsdelen Årstafältet Programmet har sitt ursprung i en tävling, varefter det vinnande laget och staden under 2009 bearbetade tävlingsförslaget utifrån stadens mål och juryns synpunkter inför planprogrammet som gick ut på samråd i februari Programarbetet har drivits av stadsbyggnadskontoret i nära samverkan med exploateringskontoret och stadens andra berörda förvaltningar och bolag. Området kommer att delas upp i flera olika detaljplaner. StartPM för den första detaljplanen togs i oktober Sid 19 (56)

20 Under detaljplaneprocessen kommer flera tillfällen till samråd, där staden hämtar in synpunkter från berörda. I samband med detaljplanearbetet kommer också gestaltningsprogram och miljöprogram att tas fram för att säkerställa att stadens höga miljö- och gestaltningsambitioner följs upp i den fortsatta processen. Parallellt med planarbetet löper exploateringsprocessen. I samband med programsamrådet fattar kommunfullmäktige beslut om de investeringar som staden ska göra i exempelvis park och gator. Inför arbetet med den första detaljplanen anvisar exploateringsnämnden mark till ett antal byggherrar som sedan deltar i planprocessen för att utveckla de kvarter som de har fått anvisade. Programförslaget kommer att byggas ut etappvis. En möjlig utbyggnadstakt kan vara lägenheter per år. Innan de första kvarteren kan påbörjas måste vissa gator färdigställas och befintliga ledningar flyttas. Den nya stadsdelen kan vara färdigställd om år (SBK, Dnr ). Figur 4. Exploateringsgrad från låg till hög. Sid 20 (56)