Bygganden som system om energihushållning i ett helhetsperspektiv. Leif Gustavsson Växjö 6 april 2009

Transkript

1 Bygganden som system om energihushållning i ett helhetsperspektiv Leif Gustavsson Växjö 6 april 2009

2 Disposition Biomassa (från skog) för att reducera utsläpp av fossil koldioxid och användandet av olja Energibalanser vid produktion av byggnader Energihushållning i befintlig bebyggelse i ett helhetsperspektiv

3 Världens primärenergianvändning 2006 ( 490 Exajoul) Olja 34% Kol 26% Gas 21% Totalt fossilt 81% Bioenergi 10% Kärnkraft 6% Övrigt 3% Exa = Källa: International Energy Agency. Key World Energy Statistics 2008.

4 51,5 miljoner ton koldioxidutsläpp Sverige Förbränning i industrin 21 % Industriprocesser m.m. 9 % Bostäder, service m.m. 9 % Förbränning i el-, gas- och värmeverk m.m. 21 % Transporter 39 % Diffusa utsläpp 1 % Källa: Energimyndigheten. Energiläget i siffror 2008.

5 131 TWh slutlig användning av fossil olja Sverige Industri 16% Bostäder, service mm 11% Transporter 73% Bensin 36% Diesel 29% Flygbränsle 8% Källa: Energimyndigheten. Energiläget i siffror 2007.

6 Hur kan vi minska utsläppen av koldioxid och oljeberoendet? Energi- och materialeffektiva system från naturresurs till levererad samhällsservice Ökad användning av förnybara resurser Skogsbiomassa en viktig men begränsad förnybar resurs

7 Att tänka på Beakta energi- och materialkedjor från naturresurs till levererad tjänst Jämför äpplen och äpplen Elproduktion i ett Europa perspektiv är fossil kondensel på marginalen Överskott av spillvärme (främst pga. kondensbaserad elproduktion) Spillvärme kan värderas som skillnad i verkningsgrad mellan kondens- och kraftvärmeproduktion Kraftigt planerad utbyggnad av fossil elproduktion i Europa: MW

8 Minskad oljeanvändning, GJ Minskad oljeanvändning och minskade CO 2 -utsläpp med 1 GJ biomassa Metanol via BLG ersätter diesel Biomasspanna ersätter stor oljepanna Biodrivmedel ersätter diesel Etanol Metanol/DME Syntetisk diesel Endast el Trä ersätter betong i byggande Bioel ersätter kolel Minskade CO 2 -utsläpp, kg Bio-kraftvärme ersätter direkt elvärme Källa: Joelsson, J. M. and L. Gustavsson (2009). "Reduction of CO 2 emission and oil dependency with biomass-based polygeneration." Manuskript. El via BLG ersätter fossil el

9 Minskad oljeanvändning, GJ Minskad oljeanvändning och minskade CO 2 -utsläpp med 1 GJ biomassa Plug-in hybrider η=47% med bioel ersätter hybridbilar η=40% Metanol via BLG ersätter diesel Biomasspanna ersätter stor oljepanna Biodrivmedel ersätter diesel Etanol Metanol/DME Syntetisk diesel Endast el Plug-in hybrider Plug-in hybrider ersätter hybridbilar utan plug-in Trä ersätter betong i byggande 0.0 Bioel ersätter kolel Minskade CO 2 -utsläpp, kg Bio-kraftvärme ersätter direkt elvärme El via BLG ersätter fossil el Källa: Joelsson, J. M. and L. Gustavsson (2009). "Reduction of CO 2 emission and oil dependency with biomass-based polygeneration." Manuskript.

10 Förutsättningar för analyser på byggnadsnivå Hög energieffektivitet i våra tekniska system från naturresurs till samhällstjänst Biomassa för el- och värmeproduktion Expandera fjärrvärmesystemen Bygg fjärrvärmeanläggningar med högt utbyte av högvärdiga energiprodukter Ersätt elvärme och oljepannor Bygg trähus Bioförgasningsteknik ger hög energieffektivitet både vid drivmedels- och elproduktion Laddhybrider med bioel Svartlutsförgasning för produktion av flytande biobränslen

11 Energibalanser vid produktion, renovering och rivning samt för brukarfasen av ett fyravåningshus i Växjö Uppförd byggnad med trästomme Referensbyggnad med betongstomme 16 lägenheter och 1190 m 2 boyta Hypotetisk byggnad med identisk storlek och funktion

12 Vi har beaktat följande i analyserna Primärenergianvändning vid produktion av byggnad Primärenergianvändning för brukarfasen Primärenergianvändning vid renovering Primärenergianvändning vid rivning

13 Materialflöden: från naturresurs till byggnad Malm Skog Energitillförsel Utvinning Bearbetning Byggande Trärester ersätter fossila bränslen Byggnad Material flöden Bränsle-/energiflöden

14 Många olika byggnadsmaterial att beakta 10,000,000 1,000, ,000 10,000 1, Wood frame Concrete frame 1 Macadam Concrete Mortar Blocks Iron/steel Copper Zinc Lumber Particleboard Plywood Insulation Glass Plasterboard Paper Plastic Paint Putty (fillers) Appliances Porcelain Ceramic tiles Material mass (kg).

15 Primärenergianvändning vid produktion av byggnader med trä- och betongbyggnaden Energy use (GJ) Fuel cycle Conversion Distribution Final use 0 Wood Concrete Wood Concrete Wood Concrete Electricity Fossil Biomass Källa: Gustavsson et al. 2006

16 Källor för biomassa - restprodukter Slutavverkning Träbearbetarbetning Byggande Rivning

17 Återvinning och användning av restprodukter från skogsbiomassa Heat value (GJ) Demolition Construction Processing Forest Residues for external use Internal use (energy) Internal use (materials) Residues for external use Internal use (energy) Internal use (materials) Wood-frame Källa: Gustavsson et al Concrete-frame

18 Slutlig användning av energi i befintlig byggnad med trästomme (kwh/m 2 year) Byggnadsuppvärmning 70 Tappvarmvatten 40 Hushållsel och driftel (ej ventilation) 52 El för ventilation 4 Summa 166

19 Minskad slutlig energianvändning (kwh/m 2,år) med olika energihushållningsåtgärder Parameter Retrofitting measure Space heating Tap water heating Ventilation electricty Household/ facility electricity Total Reference Taps From conventional to efficient taps Roof U-value from 0.13 to Windows U-value from 1.9 to Doors U-value from 1.19 to Ground floor U-value of 0.23 maintained External walls U-value from 0.20 to Ventilation Heat recovery, η = 85% Energihushållningsåtgärder genomförs Sedan nyttjas byggnaden under 50 år. Vi har inte gjort ekonomiska analyser. Energibalans värmeåtervinning ventilation baserad på föreslagna krav vid teknikupphandling. U-värden i W/m 2 K

20 Primärenergianvändning i brukarfasen under 50 år Primary energy use (kwh/m 2 ) Space heating Tap water heating Ventilation Houeshold electricty 0 Existing Existing Retrofit Retrofit Existing Retrofit Resistance heating Heat pump District heating, 50% CHP Biomass-based steam turbine Household electricity includes facility electricity excluding for ventilation

21 Primärenergibalans för produktion av byggnaden och energihushållningsåtgärderna Description Primary energy used (kwh/m 2 ) Initial construction Retrofitting Production of building materials On-site construction work 50 9 Recovered biomass residues Total

22 Primärenergibalans för rivningsfas Description Primary energy used (kwh/m 2 ) Original building Retrofitted building Disassembly Concrete recycling -3-3 Steel recycling Wood recovery for fuel Total

23 Primärenergianvändning för produktion av byggnad och energihushållningsåtgärder samt för byggnadsuppvärmning med olika uppvärmningssystem Primary energy use (kwh/m 2 ) Existing, RH Retrofit, RH Existing, HP Retrofit, HP Existing, DH Retrofit, DH Year DH = District heating, 50% CHP; RH = Resistance heating; HP = Heat pump BST= Biomass-based steam turbine supply technology

24 Total primärenergianvändning över livscykeln med olika energitillförselsystem Existing, RH Primary energy use (kwh/m 2 ) Retrofit, RH Existing, HP Existing, DH Retrofit, HP Retrofit, DH Year DH = District heating, 50% CHP; RH = Resistance heating; HP = Heat pump BST= Biomass-based steam turbine supply technology

25 Primärenergianvändning för byggnadsuppvärmning över livscykeln Original building Retrofitted building Primary energy use (kwh/m 2 ) Resistance heating Heat pump District heating, 50% CHP District heating, 90% CHP Resistance heating Heat pump District heating, 50% CHP District heating, 90% CHP Biomass-based steam turbine Biomass-based integrated gasification combined-cycle

26 Primärenergianvändning för byggnadsuppvärmning och tappvarmvatten över livscykeln Primary energy use (kwh/m 2 ) Original building Retrofitted building 0 Resistance heating Heat pump District heating, 50% CHP District heating, 90% CHP Resistance heating Heat pump District heating, 50% CHP District heating, 90% CHP Biomass-based steam turbine Biomass-based integrated gasification combined-cycle

27 Årlig primärenergianvändning för byggnadsuppvärmning och tappvarmvatten Primary energy use (kwh/m 2 year ) Reference Efficient taps Efficient taps + Roof Efficient taps + Roof+ Windows Efficient taps + Roof+ Windows + Doors Efficient taps + Roof+ Windows + Doors + External walls Efficient taps + Roof+ Windows + Doors + External walls + Heat recovery 0 Resistance heating Heat pump District heating, 50% CHP Biomass-based steam turbine

28 Årlig primärenergianvändning för byggnadsuppvärmning och tappvarmvatten Primary energy use (kwh/m 2 year ) Reference Efficient taps Efficient taps + Roof Efficient taps + Roof+ Windows Efficient taps + Roof+ Windows + Doors Efficient taps + Roof+ Windows + Doors + External walls Efficient taps + Roof+ Windows + Doors + External walls + Heat recovery 0 District heating, 50% CHP District heating, 90% CHP District heating, 50% CHP District heating, 90% CHP Electricity use increase by 15 kwh/m 2 year due to heat exchanger Electricity use increase by 7.5 kwh/m 2 year due to heat exchanger Biomass-based steam turbine

29 Årlig primärenergianvändning för byggnadsuppvärmning och tappvarmvatten Primary energy use (kwh/m 2 year ) Reference Efficient taps Efficient taps + Roof Efficient taps + Roof+ Windows Efficient taps + Roof+ Windows + Doors Efficient taps + Roof+ Windows + Doors + External walls Efficient taps + Roof+ Windows + Doors + External walls + Heat recovery 0 Heat pump Electricity use increase by 15 kwh/m 2 year due to heat exchanger Heat pump Electricity use increase by 7.5 kwh/m 2 year due to heat exchanger Biomass-based steam turbine

30 Energi- och klimateffektiv byggd miljö några slutsatser Långsiktigt strategiskt perspektiv Förnybara resurser Energi- och materialeffektiva system Energisnåla byggnader (täta och mycket välisolerade) och energieffektiva tillförselsystem (t.ex. fjärrvärme med kraftvärmeproduktion) Använd restprodukter på ett bra sätt (t. ex. trärester för att ersätta fossil energi)

31 Energihushållning Lågt primärenergibehov för att producera energihushållningsåtgärder Kombinera energihushållning och effektiv energitillförsel Minimera användandet av el och undvik elvärme Lågt elbehov krävs för värmeåtervinningssystem Förstå interaktionen mellan energianvändning och energitillförsel

32