2012 01-26 kurnitski-lähes nollanergia-värkki

Lähes nollaenergiarakennus nZEB ja sen määritelmä

26.1.2012 Jarek Kurnitski

Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations

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.

Þ nZEB = very high energy performance + on-site renewables

• Definition of “a very high energy performance“ and “significant extent of renewables” let for Member States

Direktiivin määritelmä

Rakennusten energiatehokkuusdirektiivi EPBD recast 2010:http://eur-lex.europa.eu/JOHtml.do?uri=OJ:L:2010:153:SOM:FI:HTMLhttp://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm

http://eur-lex.europa.eu/JOHtml.do?uri=OJ:L:2010:153:SOM:FI:HTML

http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm


REHVA nZEB definition

net zero energy building (ZEB)energy use of 0 kWh/(m2 a) primary energy

NOTE 1 A nZEB is typically a grid connected building with very high energy performance. nZEB balances its primary energy use so that the primary energy feed-in to the grid or other energy network equals to the primary energy delivered to nZEB from energy networks. Annual balance of 0 kWh/(m2 a) primary energy use typically leads to the situation where significant amount of the on-site energy generation will be exchanged with the grid. Therefore a nZEB produces energy when conditions are suitable, and uses delivered energy during rest of the time.

nearly net zero energy building (nZEB)technically reasonable achievable national energy use of > 0 kWh/(m2 a) primary energy achieved with best practice energy efficiency measures and renewable energy technologies which may or may not be cost optimal

NOTE 1 The Commission shall establish by 30 June 2011 a comparative methodology framework for calculation of cost-optimal levels (EPBD recast).

NOTE 2. Not all renewable energy technologies needed for nearly zero energy building have to be cost-effective, if appropriate financial incentives are not available.

ZEB has exact performance level of 0 kWh/(m2 a) primary energy use

nZEB depends on national conditions


REHVA TF nZEB – system boundary

DELIVERED ENERGY

EXPORTED ENERGY

iiiidel fEEE exp,,

System boundary for nearly net zero energy building definition, connecting a building to energy networks. Net delivered energy is delivered Edel,i minus exported energy Eexp,i accounted separately for each energy carrier i. Primary energy E is calculated with primary energy factors fi (simplified equation with the same factors for delivered and exported energy carriers)


ENERGY NEEDHeatingCoolingVentilationDHWLightingAppliances

System boundary of net delivered energy

Net

deli

vere

d e

nerg

y(e

lect

rici

ty, d

istr

ict h

ea

t, d

istr

ict

coo

ling

, fu

els

)

System boundary of delivered energy

heating energy

cooling energy

electricity for lightingfuels

BUILDING TECHNICAL SYSTEMS

Energy use and production

System losses and conversions

electricity

cooling energy

On site renewable energy w/o fuels

district heat

district cooling

electricity

heating energy

Solar and internal heat gains/loads

Heat exchange through the building envelope

NET ENERGY NEED

DELIVERED ENERGY

EXPORTED ENERGY

(renewable and non-renewable)

electricity for appliances

REHVA nZEB system boundary

Energy boundary of net delivered energy. The box of “Energy need” refers to rooms in a building and both system boundary lines may be interpreted as the building site boundary.


Example – nZEB Office building

• an office building in Paris• a gas boiler for heating with seasonal efficiency of 90%• free cooling from boreholes (about 1/3 of the need) is used and the

rest is covered with mechanical cooling• for borehole cooling, seasonal energy efficiency ratio of 10 is used

and for mechanical cooling 3.5• Ventilation system with specific fan power of 1.2 kW/(m3/s) will use

5.6 kWh/(m2 a) fan energy.

• a solar PV system providing 15.0 kWh/(m2 a), from which 6.0 is utilized in the building and 9.0 is exported to the grid.


System boundary of delivered energy

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

nerg

y

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

Example – nZEB Office building

• Electricity use of cooling, ventilation, lighting and appliances is 39.8 kWh/(m2 a)• Solar electricity of 15.0 kWh/(m2 a) reduces the net delivered electricity to 24.8 kWh/(m2 a)• Net delivered fuel energy (caloric value of delivered natural gas) is 4.2 kWh/(m2 a) and primary

energy is 66 kWh/(m2 a)


Energiatodistus: How to integrate nZEB into energy certificate scale?

nZEB as technically reasonable achievable

req. for new buildings (typically not cost optimal yet)

cost optimal for new buildings, category B or C

Revision of certificates scales needed:• Cost optimal requirements for new buildings

cannot be any more in D category, as calculated for 30 years period with 3% interest rate

• Existing A may be split (A+, A++) or changed

© Sitra

D3 2012 kokonaisenergiavaatimus – E-luku

• Kokonaisenergiankulutus esitetään suorituspohjaisella E-luvulla, joka lasketaan rakennukseen ostettavien energioiden ja energiamuotojen kertoimien tulona ja ilmaistaan kWh/(m2 a) yksiköllä (=primäärienergia)

26.1.2012Jarek Kurnitski

Käyttötarkoitusluokka E-lukuvaatimus kWh/m2 vuodessa

Luokka 1 Pientalo Pinta-alan mukaanRivitalo 150

Luokka 2 Asuinkerrostalo 130Luokka 3 Toimistorakennus 170Luokka 4 Liikerakennus 240Luokka 5 Majoitusliikerakennus 240Luokka 6 Opetusrakennus ja päiväkoti 170Luokka 7 Liikuntahalli (pois lukien uima- ja jäähalli) 170Luokka 8 Sairaala 450Luokka 9 Muut rakennukset ja määräaikaiset

rakennuksetE-luku on laskettava, mutta sille ei ole asetettu vaatimusta

Energiamuodon kerroin

Sähkö 1,7Kaukolämpö 0,7Kaukojäähdytys 0,4Fossiiliset polttoaineet 1Uusiutuvat polttoaineet 0,5

© Sitra

D3 taseraja


TILOJENENERGIANTARVELämmitysJäähdytysIlmanvaihtoKäyttövesiValaistusKuluttajalaitteet

Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja

lämmitysenergia

jäähdytysenergia

sähkö polttoaineet

uusituvat ja uusiutumattomat

TEKNISETJÄRJESTELMÄT

Järjestelmähäviötja -muunnokset

Uusiutuva oma-varaisenergia

kaukolämpö

kaukojäähdytys

sähkö

Auringon säteily ikkunoiden läpi

Lämpökuorma ihmisistä

Lämpöhäviöt

NETTOTARPEET

OSTOENERGIA

• Ei ole lainsäädäntöä verkkoon syöttämiselle – netto-ostoenergian taseraja jätettiin sen takia pois

• Nollaenergiatalojen tekemiseksi pitää olettaa verkkoon syöttäminen

© Sitra

Ympäristötalo, Viikki

E-luku 85 (2012 vaatimus 170)

26.1.2012

• Kaksoisjulkisivu etelään aurinkopaneeleilla

• Likaisten tilojen iv LTO 80%, SFP 1,4-1,6• Tarpeenmukainen iv ei toimistotiloissa• Valaistuksen päivänvalo-ohjaus, 7 W/m2

• Porareikäjäähdytys 11 kWh/(m2 a) tuotto

Energian Osto- Energia- E-lukunettotarve energia muodon

kWh/(m2 a) kWh/(m2 a) kerroin, - kWh/(m2 a)Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitys 26,6 32,2 0,7 22,6Lämpimän käyttöveden lämmitys 4,7 6,1 0,7 4,3Jäähdytys 10,6 0,3 1,7 0,5Pumput ja puhaltimet 9,4 9,4 1,7 16,0Valaistus 12,5 12,5 1,7 21,3Käyttäjäsähkö 19,3 19,3 1,7 32,7PV -7,1 1,7 -12,0Yhteensä 83 73 85

© Sitra

E-luku primäärienergiaindikaattorina• Lähes nollaenergiamääritelmän mukainen primäärienergiaindikaattori,

yksikäsitteiset laskentasäännöt ja laskennan lähtötiedot – D3 2012• Indikaattorina on laskettava käyttötarkoitusta vastaavalla tavalla

• Lähtökohtana BIM/simulointimalli:tarkennetaan toteutuksen mukaiseksikalibroidaan käyttövaiheessa

• Määräysten mukaisuuden osoittaminen:E-luku/ostoenergiat ko. rakennustyypinstandardikäytöllä

• Tavoitekulutuksen laskelma:Etav-luku/ostoenergiat todellisella käytöllä

• Tavoitekulutuksen seuranta käyttövaiheessaEtot-luku/ostoenergiat kalibroitulla mallilla todellisella käytöllä ja säätiedoilla


2012 01-26 kurnitski-lähes nollanergia-värkki

Technology