Energibehov och inomhusklimat i lågenergihuset Lindås

Energibehov och inomhusklimat i lågenergihuset Lindås

Inledning Bebyggelsen står för ca 35 % av Sveriges årliga totala energianvändning

Inledning Bebyggelsen står för ca 35 % av Sveriges årliga totala energianvändning Bebyggelsen har den största möjligheten att minska andelen koldioxidutsläpp Människor tillbringar mer än 80% av sin tid inomhus Innemiljö och energianvändning är viktiga frågor för att uppnå hållbarhet

Olika begrepp om lågenergihus Lågenergihus innebär att byggnaden använder mindre energi än gängse praxis. Passivhus är ett lågenergihus som är välisolerat och lufttätt med effektiv ventilation. Huset värms till stor del upp med passiv teknik. Nollenergihus är ett lågenergihus som använder lika mycket eller mindre energi än den som produceras i fastigheten. Plusenergihus är ett lågenergihus som använder förnybar energi med hjälp av både passiv och aktiv teknik och som levererar el till nätet. Gårdagens lågenergihus är dagens energieffektiva byggnader.

Tekniska lösningar i lågenergihus Fokusera på energi för uppvärmning Minimera energiförluster Utnyttja inre värmeproduktion och solinstrålning Tillför energi genom att använda förnybara energikällor

Energibalans för en byggnad Tillförd energi η P tillförsel + P sol + P gratisvärme = = 0 P transmission + P ventilation + P infiltration + P avlopp Passivhus Bortförd energi

Passiva åtgärder Välisolerade väggar Minimera mängder av köldbryggor Lufttät konstruktion Energieffektiva fönster (3 - eller 4-rutor) Värmeåtervinning av avloppsvatten med värmepump och värmeväxlare Förvärmning av ventilationsluft med värmeväxlare Passiv solenergi Termisk massa

Aktiva åtgärder Frånluftsvärmepump Bergvärmepump Solvärme och PV Småskalig kraftvärme

Undersökning av 20 lågenergihus i Sverige Välisolerad konstruktion Energieffektiva fönster Passiv solenergi arkitektur Luft-luft värmeväxlare (integrerad värmare) Solvärme för varmvatten Mekaniskt ventilationssystem

Lay-out Syftet var att värma huset utan ytterligare uppvärmningssystem

Lindås väggkonstruktion

Ventilationssystem FTX-system med η = 80% Ett integrerat värmebatteri på 1000 W Tilluftsdon i takhöjd på nedrevåningen och i golvhöjd på övervåningen

Some data Ground area 60 m 2 Total floor area 120 m 2 Floor plan 60 m 2 Total volume 340 m 3 Ceiling height, ground floor 2.5 m Ceiling height, upper floor 2.2 to 4.3 m ACH at a differential pressure of 50 Pa 0.2-0.4 l/s m 2 Geographical situation Lat. 57.5º, long. 11.5º from reference

U-values Structure Area [m 2 ] U-value [W/m 2 K] External walls 38 0.1 0.25 Roof 66 0.08 0.18 Floor 62 0.09 0.40 Windows (average for all windows) 18 0.85 2.43 Average U-Value 0.16 Common Swedish U- values

Årliga energibehov 1530; 19% 775; 10% 3900; 48% 1810; 23% Household appliances Space heating Domestic Hot Water Fans Totalt 8020 kwh/årligen

Varför är ett nytt sätt att tänka krävs?

Heating Party

Window Upper floor CFD Mesh Main door Human body Ground floor Inomhusklimat Styrande ekvationer

Computational Fluid Dynamics Contours of temperature and velocity magnitude in the xy-plane at z = 5.5 m (mid-plane) for the Summer case.

Computational Fluid Dynamics Contours of temperature and velocity magnitude in the xy-plane at z = 5.5 m (mid-plane) for the Winter case.

Contours of the velocity magnitude in the yz - plane at x = 1.5 m Winter case Summer case

Iso velocities = 0.15 m/s for Winter case First floor Seecond floor

Iso velocities = 0.25 m/s for Summer case First floor Seecond floor

Jämförelse mellan energianvändningen i ett äldre och ett nytt svenskt hus samt med husen i Lindås a) 25000 20000 Hushållsel Varmvatten Fläktar Uppvärmning kwh/år 15000 10000 5000 0 Äldre byggnader Nya byggnader Lågenergihuset Lindås

Jämförelse mellan energiåtgången i ett typiskt svenskt hus och i husen i Lindås b) 9000 Drift, 50 år (slutanvändning) Produktion och underhåll, 50 år 8000 7000 1410 kwh/m2 6000 5000 4000 3000 7100 1954 2000 1000 3125 0 Typiskt svenskt hus Lindås

Systemsgränser för CO 2 -utsläpp Svensk medel el-mix Europeisk medel el-mix Marginal elproduktion Konvertering till biobränsle och fjärrvärme

CO 2 -utsläpp kg 20000 16000 12000 New typical Swedish building Low-energy building 8000 4000 0 Swedish average electricity production Nordic average electricity production Nordic present marginal production, coal condense European average District heating and Swedish average electricity mix District heating and present marginal production District heating and European average Pellets and Swedish average electricity mix Pellets and present marginal production Pellets and European average

Stor boendeyta per person i Sverige En stor del av den energi som tillförs bostäder är beroende av bostadsytan. Sverige är tillsammans med Norge och Danmark de länder som använder störst boendeyta per person, ca 45 m 2. Tekniska lösningar minskar energianvändningen. Ökningen av temperaturreglerade ytor ökar energianvändningen. För att nå klimat- och utsläppsmålen krävs stopp på ökningen av temperaturreglerade ytor och sannolikt på sikt även minskning.

Byggnadens energisystem och byggnader i energisystemet Primär energi Tillförd energi

En helhetssyn krävs för att nå klimat- och utsläppsmålen 200 160 kwh/m2 120 80 40 0 Svensk medelvilla, direktverkande el Svensk medelvilla fjärrvärme Lindås Jöns Ols (flerfamiljshus) Jämförbart flerfamiljshus Energianvändning

En helhetssyn krävs för att nå klimat- och utsläppsmålen kg CO2/m2 80 60 40 20 Totala CO2 utsläpp CO2 utsläpp för uppvärmning 0 Svensk medelvilla, direktverkande el Svensk medelvilla fjärrvärme Lindås Jöns Ols (flerfamiljshus) Jämförbart flerfamiljshus CO 2 -utsläppen

En helhetssyn krävs för att nå klimat- och utsläppsmålen 350 300 Exergy/m2 250 200 150 100 50 0 Svensk medelvilla, direktverkande el Svensk medelvilla fjärrvärme Lindås Jöns Ols (flerfamiljshus) Jämförbart flerfamiljshus Primär energianvändning

Slutlig energianvändning inom sektorn bostäder och service Minskad oljeanvändning gynnar Källa: Statens miljön energimyndighet 2009a Minskad användning av fossila bränslen gynnar miljön

Slutlig energianvändning inom sektorn bostäder och service Minskad biobränsleanvändning i bebyggelse gynnar miljön, eftersom biobränsle är en knappresurs. Biobränsle ska främst användas för att ersätta fossilbränsle som energikälla. Minskad oljeanvändning gynnar Källa: Statens miljön energimyndighet 2009a

Slutlig energianvändning inom sektorn bostäder och service Minskad oljeanvändning gynnar Källa: Statens miljön energimyndighet 2009a Minskad elanvändning i bebyggelse gynnar miljön El ska användas för att gynna elintensiv svensk exportindustri Överskottsel kan exporteras till kontinenten för att ersätta kraftverk med fossilbränsle som energikälla

Slutlig energianvändning inom sektorn bostäder och service Minskad oljeanvändning gynnar Källa: Statens miljön energimyndighet 2009a Minskad fjärrvärmeanvändning är slöseri med kapitalresurser Fjärrvärme är en effektiv, miljövänlig och klimatsmart uppvärmningsform CO 2 -utsläppen från el- och fjärrvärmeproduktionen var 86 kg/mwh år 2007 och kommer att sjunka till en beräknad utsläppsnivå på 46 kg/mwh år 2015 (CO 2 -utsläppen från kolkondenskraftverk är ca 900 kg/mwh).

Prioritera rätt saker i rätt ordning Byggnader inom fjärrvärmeområden elhushållning och eleffektivitet minimera resursanvändning tredjepartsinträdet fjärrvärmebolagens monopolsituation och prissättning framtida tekniska lösningar såsom lågtemperaturuppvärmning som använder fjärrvärmesystem, introduktion av småskaliga förnybara energisystem för elektricitet och värmeproduktion i fjärrvärmeområden Byggnader utanför fjärrvärmeområden energieffektivisering av den befintliga bebyggelsen incitament för att byggnationen av passivhus ska ta fart på allvar val av material med lång hållbarhet vid både nybyggnation och renovering och prioritering av hållbarhet framför låga kostnader vid offentlig upphandling.

Energibesparingsåtgärder i byggnader 2 Laststyrning 1 Energieffektivisering 3 Byte av energislag 4 Energitillförsel

MODEST/ECM - Methodology Present energy use Reference energy cost Building ECMs Energy use after ECMs Energy cost for ECM 1 Energy cost for ECM 2 CO2 emissions Energy cost for ECM 3 Th local DH supplier MODEST Marginal DH costs Energy cost Reference system cost System cost for ECM 1 System cost for ECM 3 System cost for ECM 2 System cost ECMs 1- Heat load control 2. Attic insulation 3. Electricity savings

Marginal DH costs The cost to produce the last unit increase in DH (or the saved cost for the last unit decrease in DH).

Result: Heat load control 500 Heat demand (MW), 450 400 350 300 250 200 150 100 High heat loads Medium heat loads Oil HOB Oil CHP Biomass HOB Coal CHP Biomass CHP Waste CHP 50 0 Low heat loads 2000 4000 6000 8000 Heat load control Hours Heat load control has most effect for medium heat loads (MW) while for low and high heat loads the effect is almost unnoticeable.

Result: Attic insulation measure 500 450 Heating season Oil HOB Heat demand (MW), 400 350 300 250 200 150 Oil CHP Biomass HOB Coal CHP Biomass CHP 100 50 0 2000 4000 6000 8000 Hours Waste CHP Attic insulation The attic insulation measure affects the DH load duration curve mainly during the winter months.

Result: Electricity savings measure Heat demand (MW), 500 450 400 350 300 250 200 150 Load duration after measure Load duration before measure Oil HOB Oil CHP Biomass HOB Coal CHP Biomass CHP 100 50 Waste CHP 0 2000 4000 6000 8000 Hours Electricity saving DH load for replacing the loss in excess heat when electricity saving measures are implemented

Result: Economic effect for energy system including ECMs (DH system and residences) Euro/MWh Energy conservation measures DH system Residences Local energy system Heat load control Attic insulation Electricity savings -4-22 -26 +24-12 +12-23 -47-70

Altered fuel consumption in DH plants for the different ECMs GWh 4 3 2 1 0-1 -2-3 -4-5 Heat load control Attic insulation Electricity savings Oil Coal Biomass

The global CO 2 emissions for the energy system including ECMs Coal condensing power as marginal electricity production technology Energy conservation measures DH production GWh/year Local CO 2 emissions tonne/year Electricity production GWh/year Electricity us GWh/yeare Global CO 2 emissions a tonne/year Total effect on global CO 2 emissions Heat load control -10-1800 -2.0-2000 200 Attic insulation -10-2600 -2.4-2400 -200 Electricity savings 10 2200 2.2-12.5-14,700-12,500 Gas combined cycle condensing power as marginal electricity production technology Energy conservation measures DH production GWh/year Local CO 2 emissions tonne/year Electricity production GWh/year Electricity use GWh/year Global CO 2 emissions b tonne/year Total effect on global CO 2 emissions Heat load control -10-1800 -2.0-740 -1,100 Attic insulation -10-2600 -2.4-890 -1,700 Electricity savings 10 2200 2.2-12.5-5400 -3,200 a 1 GWh electricity = 1000 tonne CO 2 b 1 GWh electricity = 370 tonne CO 2

Slutsatser Behov av helhetssyn och långsiktighet i planeringen Främjad resurshushållning och minskad miljöpåverkan samt att husen är ekonomiskt möjliga att bo i Energieffektiviseringsåtgärder får inte påverka inomhusklimatet negativt så att människors hälsa äventyras Skapa incitament för att byggnationen av passivhus ska ta fart Ändring av brukarnas beteende så att energianvändningen minskar Bromsa utvecklingen mot allt större boendeyta per person Välj material med lång hållbarhet vid både nybyggnation och renovering och prioritera hållbarhet framför låga kostnader vid offentlig upphandling