Forskargruppen: Hållbar byggd miljö Pågående och planerade aktiviteter

Forskargruppen: Hållbar byggd miljö Pågående och planerade aktiviteter Leif Gustavsson Linnéuniversitetet Goda Hus Årsmöte 11 april 2012

Målsättning/syfte att bättre förstå hur vi kan minska användningen av energi och naturresurser, minska de miljöskadliga utsläppen och förstå betydelsen av att öka användningen av förnybara material och energikällor inom byggd miljö med hänsyn tagen till ekonomiska och sociala faktorer

People Research leader: Prof. Leif Gustavsson Researchers Ambrose Dodoo Krushna Mahapatra Roger Sathre www.lnu.se/sber 3 PhD candidatessusa Farshid Bonakdar Nguyen Le Truong (Sylvia Haus) 2 PhD candidate being recruited To analyze the life cycle monetary cost, primary energy use and greenhouse gas balances of buildings considering various development strategies

Pågående och planerade aktiviteter Grundutbildning Kurser Examensarbeten Forskarutbildning 2 doktorander antagna 3 under rekrytering Forskning Söka forskningsmedel Rekrytera personal Spridning av resultat Seminarieserie Populärvetenskapliga artiklar Översättning av vetenskapliga artiklar

Ny kurs - Grundnivå Energi- och klimateffektivt byggande, 7.5hp HT 2012 Innehåll kunskap om energi- och materialflöden i den byggda miljön. energianvändning över en byggnads livscykeln med olika energiförsörjningssystem. Miljökonsekvenser vid produktion av byggnader med olika bärande material (t.ex. trä, betong, metaller). Undervisningen består av föreläsningar, seminarier, övningar, och projektarbeten.

Seminars Klarar sig ett framtida energisystem utan återvinning Utveckling av lågenergihus mot en hållbar byggd miljö Life cycle primary energy use and carbon emission of residential buildings Implementering av energihushållningsåtgärder En hållbar byggd miljö - Pågående och planerad forskning Lågenergihus i Norden - Rationell energirenovering Klimatsmarta byggnader i ett livscykelperspektiv Hållbar stad - Fokus sydsverige

Ambition - Energihushållning på byggnadsnivå och dess interaktion med energitillförselsystemet 1. Olika energihushållningsåtgärder studeras noggrant i två befintliga (typ) byggnader 2. Betydelsen av byte till energisnåla hushållsapparater och energisnål belysning analyseras 3. Betydelsen av klimatförändringar analyseras 4. Hur energihushållningsåtgärderna påverkar dagens energitillförselsystem simuleras timme för timme 5. Kostnadsminimerad energitillförsel med beaktandet av olika omvärldsutvecklingar simuleras Målsättningen är att kunna dra generella slutsatser om under vilka förutsättningar olika energihushållningsåtgärder är effektiva att genomföra relaterat till olika energitillförselsystem

Ambition - Uppvärmning av och energianvändning i nya byggnader 1. Energianvändningen över byggnadernas livscykel analyseras i nybyggnadsområden och vid förtätning av bebyggelse 2. Olika uppvärmningssystem såsom fjärrvärme, eldrivna värmepumpar och direktel med eller utan solvärmebaserade system analyseras 3. Möjligheterna att uppföra passivhus studeras 4. Betydelsen av klimatförändringar analyseras 5. Betydelsen av nybyggnadsområdets storlek och byggnadernas geografiska täthet analyseras 6. Hur olika omvärldsutvecklingar kan påverka val av uppvärmningssystem och optimala energianvändningsnivåer analyseras Målsättningen är att kunna dra generella slutsatser om under vilka förutsättningar som olika uppvärmningssystem är att föredra och vilka energianvändningsnivåer som då är optimala

Pågående projekt: Low energy bio-based society 2012-2015; 4 MSEK financed by energimyndigheten Aim is to create strategic knowledge on how to develop a resource- and climate-efficient built environment in urban areas that is primarily based on renewable resources Researchers: Prof. Leif Gustavsson, Dr. Roger Sathre, Ambrose Dodoo, and 1 Phd candidate recruited

Wood in Carbon Efficient Construction - CO2 European project focusing at carbon efficient construction and the role of wood 2011-2013 ; 4 million funded through WoodWisdom-Net and industries 20 partners in Austria, Finland, Germany, Italy and Sweden 7 Work Packages (WPs) Linnaeus University is leader of WP1 & coordinate the Swedish partners WP1 deals with primary energy and greenhouse gas balances over building life cycle incorporating the complexity of variables and robust methodologies Researchers: Prof. Leif Gustavsson, Dr. Roger Sathre and Ambrose Dodoo

Wood-based energy systems from Nordic forests - Enerwoods Nordic project with 9 partners from Norway, Denmark, Finland and Sweden 2011-2015; 19 million NOK financed by Nordic Energy Research Aim is to combine energy systems and biological systems to optimise the complete bioenergy chain considering primary energy use and greenhouse gas emissions 4 work packages Linnaeus University is leader of WP3 which deals with strategic analyses and optimisation of woody biomass energy systems Researchers: Prof. Leif Gustavsson, Dr. Roger Sathre and 1 Phd candidate being recruited

Strategic Research Centre for 4th Generation District Heating (4 DH) Technologies and Systems 37 million DKK research grant from the Danish Council of Strategic Research to establish a research center to generate knowledge on design of low-temperature heating systems interaction with the heating of low energy housing planning tools based on GIS tools tools for design of flexible power/heat production, law and tariff, and organizational forms Project is led by Professor Henrik Lund of the Aalborg University Partners/steering committee members from China, Croatia, Denmark and Sweden, including Linnaeus University s Sustainable Built Environment Research Group

Use of wood for better climate and increased value creation - Klimatre Norwegian research project of 30 million NOK Aim is to document the climate and economic impact of the forest-based value chains in Norway, as well as to develop environmentally friendly solutions for wood construction 2010-2014 Linnaeus University is the only international partner Researchers: Prof. Leif Gustavsson,

Efficient use of forest biomass to reduce greenhouse gas emissions and oil use Aim is to apply system analysis and scenario techniques to identify strategies for the efficient use of forest biomass to reduce greenhouse gas emissions and oil use 2011-14 1 MSEK financed by Bo Rydins forskningstiftelse Researchers: Prof. Leif Gustavsson and a PhD student

Projekt ansökningar Title: Can we halve the primary energy use, reduce monetary costs and achieve desired indoor climate in office buildings? Formas, 2013-15 M-hus, Linneuniversitetet, Växjö as a pilot building Project partners: Videum, LNU local service department Budget: 8.8 MSEK (50% co-financing) Research will cover technical and economical issues analysis of suitable incentives information and behavioural studies, monitoring and evaluation of reduced energy use

Resultat: Primärenergianvändning och CO2- utsläpp över byggnaders livscykel Dodoo, A., Gustavsson, L. and Sathre, R. (2010) Life cycle primary energy implication of retrofitting a wood-framed apartment building to passive house standard. Resources, Conservation and Recycling, vol. 54: 12, pp. 1152-1160. Dodoo, A., Gustavsson, L. and Sathre, R. (2011) Building energyefficiency standards in a life cycle primary energy perspective. Energy and Buildings, vol. 43: 7, pp. 1589-1597. Gustavsson, L., Joelsson, A. and Sathre, R. (2010) Life cycle primary energy use and carbon emission of an eight-storey wood-framed apartment building. Energy and Buildings, vol. 42: 2, pp. 230-242. 16

Resultat: Primärenergianvändning och CO2- utsläpp över byggnaders livscykel Gustavsson, L., Dodoo, A., Truong, N. L. and Danielski, I. (2011) Primary energy implications of end-use energy efficiency measures in district heated buildings. Energy and Buildings, vol. 43: 1, pp. 38-48. Dodoo, A., Gustavsson, L. and Sathre, R. (2011) Primary energy implications of ventilation heat recovery in residential buildings. Energy and Buildings, vol. 43: 7, pp. 1566-1572. Gustavsson, L. and Sathre, R. (2011) Energy and CO2 analysis of wood substitution in construction. Climatic Change, vol. 105: 1-2, pp. 129-153. 17

Implementering energieffektivisering Nair, G., Gustavsson, L. and Mahapatra, K. (2010) Factors influencing energy efficiency investments in existing Swedish residential buildings. Energy Policy, vol. 38: 6, pp. 2956-2963. Nair, G., Gustavsson, L. and Mahapatra, K. (2010) Owners perception on the adoption of building envelope energy efficiency measures in Swedish detached houses. Applied Energy, vol. 87: 7, pp. 2411-2419. Nair, G., Mahapatra, K. and Gustavsson, L. (2012) Implementation of energy efficient windows in Swedish single-family houses. Applied Energy, vol. 89: 1, pp. 329-338.

Implementering energieffektivisering Mahapatra, K., Nair, G. and Gustavsson, L. (2011) Swedish energy advisers' perceptions regarding and suggestions for fulfilling homeowner expectations. Energy Policy, vol. 39: 7, pp. 4264-4273. Mahapatra, K., Nair, G. and Gustavsson, L. (2011) Energy advice service as perceived by Swedish homeowners. International Journal of Consumer Studies, vol. 35: 1, pp. 104-111.

Användning av bioenergi Gustavsson, L., Eriksson, L. and Sathre, R. (2011) Costs and CO2 benefits of recovering, refining and transporting logging residues for fossil fuel replacement. Applied Energy, vol. 88: 1, pp. 192-197. Gustavsson, L. and Truong, N. L. (2011) Coproduction of district heat and electricity or biomotor fuels. Energy, vol. 36: 10, pp. 6263-6277. Joelsson J.M. and Gustavsson L. (2012) Biomass strategies in Sweden to reduce CO 2 emission and oil use in an EU context. Joelsson J.M. and Gustavsson L. (2012) Greenhouse gas and oil use impacts of Fischer-Tropsch diesel and DME production integrated with pulp and paper mills.

Implementering träbyggande Hemström, K., Mahapatra, K. and Gustavsson, L. (2011) Perceptions, attitudes and interest of Swedish architects towards the use of wood frames in multistorey buildings. Resources, Conservation and Recycling, vol. 55, pp. 1013-1021. Mahapatra, K., Gustavsson, L. and Hemström, K. (2011) Multi-storey woodframe buildings in Germany, Sweden and the UK. Construction Innovation: Information, Process, Management, (Accepted)

Skogsproduktion i ett hundraårsperspektiv Sathre, R. and Gustavsson, L. (2011) Time-dependent radiative forcing effects of forest fertilization and biomass substitution. Biogeochemistry (Accepted). Sathre, R. and Gustavsson, L. (2011) Time-dependent climate benefits of using forest residues to substitute fossil fuels. Biomass and Bioenergy, vol. 35: 7, pp. 2506-2516. Lippke, B., Oneil, E., Harrison, R., Skog, K., Gustavsson, L. and Sathre, R. (2011) Life cycle impacts of forest management and wood utilization on carbon mitigation: knowns and unknowns. Carbon Management, vol. 2: 3, pp. 303-333.

Skogsproduktion i ett hundraårsperspektiv Poudel, B. C., Sathre, R., Gustavsson, L., Bergh, J., Lundström, A. and Hyvönen, R. (2011) Effects of climate change on biomass production and substitution in north-central Sweden. Biomass and Bioenergy, vol. 35: 10, pp. 4340-4355. Poudel, B.C., Sathre R., Bergh, J., Gustavsson, L., Lundström, A., Hyvönen, R. (2011) Potential effects of intensive forestry on biomass production and total carbon balance in north-central Sweden. Environmental Science and Policy, (Accepted).

Skogsägares och allmänhetens inställning till nya skogskötselmetoder Hemström K., Mahapatra K. and Gustavsson L. (2012) Public acceptability of intensive forestry in Sweden. (Manuscript) Hemström K., Mahapatra K. and Gustavsson L. (2012) Swedish private forest owners perceptions of and intentions to adopt exotic tree species. (Manuscript).

Byggnaders livscykel Production / Retrofitting phases - Extraction, processing and transport of materials - Energy recovery from biomass residues - On-site construction work Operation phase - Space heating - Electricity for ventilation - Tap water heating - Electricity for household and facility management End-of-life phase - Demolition - Energy recovery from wood - Recycling of concrete and steel to replace virgin raw material Energy supply system - Coal-based electricity for material production - Bioenergy replace coal - Full energy chain accounting, including conversion / fuel cycle losses Energy supply system - Resistance heating, or heat pump, or district heating - District heating produced with a biomassfired CHP plant - Electricity produced with a biomass-fired condensing plant - Full energy chain accounting, including conversion / fuel cycle losses Energy supply system - Bioenergy replace coal - Full energy chain accounting, including conversion / fuel cycle losses

Exempel: Energi- och koldioxidbalanser för ett fyravåningshus med 16 lägenheter Uppförd byggnad med träregelstomme Referensbyggnad med betongstomme

Årlig primärenergianvändning för uppvärmning av bygganden med olika värmesystem 250 Concrete frame Wood frame Primary energy use (kwh/m 2 ) 200 150 100 50 0 Electric resistance heating Heat pump District heating, 85% CHP Biomass-based energy supply Steam turbine technology Source: Dodoo et al. 2012

Primärenergianvändning för produktion, uppvärmning med fjärrvärme och demontering av bygganden Source: Dodoo et al. 2012!

Source: Dodoo, Gustavsson, Sathre. Paper in preparation. Utsläpp av koldioxid från produktion, uppvärmning med fjärrvärme och demontering av bygganden

Retrofitting measures and final energy use (kwh/m 2 year) Parameter Retrofitting measure Final energy Space heating Reduction (%) Ventilation electricity Tap water heating Household/ facility electricity Total Reference 70 4 40 52 166 Roof U-value from 0.13 to 0.08 69 1 4 40 52 165 Windows U-value from 1.9 to 0.90 51 27 4 40 52 147 Doors U-value from 1.19 to 0.90 51 27 4 40 52 147 External walls U-value from 0.20 to 0.10 43 39 4 40 52 139 Ventilation Heat recovery*, η = 83% 18 74 8 40 52 118 U-values in W/m 2 K * Preliminary suggested requirements in procurement for heat exchanger Heat demand reduced by 30 kwh/m 2 year, and Electricity demand increased by 15 kwh/m 2 year

Årliga värmeprofiler av byggnadens uppvärmningsbehov med eller utan energihushållning Source: Gustavsson et al. 2011

Retrofitting the 1995 house to passive house standard Primary energy use over time for materials, space heating and ventilation electricity HP = Heat pump DH = District heating, 85% CHP Biomass-based system (steam turbine technology)

Duktig Yale professor utnämner världens tre bästa artiklar om LCA på byggnader. Från Greenbuild i Toronto 2011 med 23 000 deltagare. Källa Tomas Kåberger ì Gustavsson L. and Joelsson A. (2010) Life cycle primary energy analysis of residential buildings. Energy and Buildings, Vol. 42, No 2, pp. 210-220