liginullenergiamajade nzeb kompetentsikeskuse asutamine
TRANSCRIPT
Click to edit Master title style
Liginullenergiamajade nZEB kompetentsikeskuse asutamine TTÜ-sse, töösuunad ja eesmärgid Teadmistepõhine ehitus 26.04.2012
Jarek Kurnitski Külalisprofessor, Tallinna Tehnikaülikool
Juhtivekspert, Soome Innovatsioonifond SITRA
Liginullenergiamajade (nZEB)
uurimisgrupp
• Mobilitase tippteadlase grant, mis tagab 4 doktorandi ja 1-2
juhendaja rahastamise
• Teema: ”Liginullenergiamajad (nZEB) Eestis: tehnilised
lahendused transformatsiooniks ja kuluoptimaalsuse
analüüsid”
• Uuringute kestus 1.4.2012 kuni 31.7.2015
• Töö eesmärgiks on luua Eestisse liginullenergiamajade uurimisgrupp
arendamaks Eesti teaduse kvalitatiivset taset
• Mahuline eesmärk 15 esimese kategooria publikatsiooni
Koosseis
Juhataja: Jarek Kurnitski
Juhendajad:
• Roode Liias
• Targo Kalamees
• Teet Andrus Kõiv
• Hendrik Voll
Doktorandid:
• Mikk Maivel
• Leena Paap
• Martin Thalfeldt
• Aivar Uutar
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
nZEB – murrang ehitussektoris?
• Mõnede riikide kavad
liginullenergiamajade ehitamisele üleminekuks uutes hoonetes
• Pikaajalised tegevuskavad detailsete eesmärkidega lihtsustavad ettevõtete valmistumist ja eesmärkide omaks võtmist
• Direktiiv (EPBD recast 2010/31/EU) nõuab liginullenergiamajasid (uued hooned) alates 2021 ja avaliku sektori uutes hoonetes juba 2019
nZEB tähendus
• Vähendada hoonete energiakasutust
• Toota lokaalselt soojus- ja elektrienergiat taastuvenergiaallikatest
• Joonisel Saksamaa näide kuni 50 GW installeeritud PV mõjust
elektritarbimisele (Hoffmann 2012) PV lõikab suvel tipukoormusi
ja toetab tsentraalset tootmist
lokaalne tootmine/elektrivõrgud ei ole vähemalt esialgu nii kriitilised
kui nZEB ehitus- ja tehnosüsteemide lahendused
Direktiivi definitsioon: 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.
nZEB = very high energy performance + on-site renewables
• Definition of “a very high energy performance“ and “significant extent of renewables” let for Member States
Mis on tehtud ja mis on teoksil?
• REHVA nZEB definitsioon 2011 http://www.rehva.eu/en/technology-and-research-committee
• 4/2012 seisuga loetud 1070 korda ja alla laaditud 409 korda – on mõjutanud
EPBD implementeerimist liikmesriikides
• Eesmärgina abistada ja tagada üheselt mõistetavad tehniliste määratlustega
harmoniseeritud implementeeriminen liikmesriikides
• Netonulleneergiahoone ZEB (Net zero energy building)
aastane primaarenergiakasutus 0 kWh/(m2 a) (aastane bilanss)
• Liginullenergiahoone nZEB (Nearly zero energy building)
tehniliselt mõistlikult saavutatav rahvuslik primaarenergiakasutus > 0 kWh/(m2
a), mis on saavutatud parima ehituspraktika energiatõhususlahenduste ja
taastuvenergiatehnoloogiatega, mis võivad olla või mitte olla kuluoptimaalsed
nZEB energiabilanss
• Energiatõhususe kujundamine – palju energiasimulatsioone et
eristada olulist mitteolulisest
• nZEB energiabilansi näide:
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
ner
gy
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
Kuluoptimaalne – madal ja liginull
VVm 258 määruse uuendamine • Eesti väikemaja, 3% intress ja 2% eskalatsioon (Kurnitski et al. Energy and Buildings 43
(2011))
• AWHP – air to water heat pump, GSHP – ground source heat pump, DH – district heating
• Ilma PV-ta, 4 soojustuse taset vasakult paremale: 0,42, 0,58, 0,76 ja 0,96 H/A
• H/A 0,42 ja 0,58 arvutatud päikesekollektoritega
• nZEB +239 €/m2 ehitusmaksumus (ETA=40 ), ilma PV-ta +93 €/m2 (ETA=80)
-50
0
50
100
150
50 100 150 200Glo
bal i
ncre
men
tal c
ost (
NPV
), €
/m2
Primary energy, kWh/(m2 a)
Gas
Pellet
AWHP
GSHP
Electric
Oil
DH
BAUref.
Cost optimals with <2 €/m2 difference
nZEB
Kuluoptimaalne Kehtiv nõue
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
nZEB case studies • nZEB office buildings in France, Netherlands, Switzerland and Finland
• Reported in REHVA Journal (3/2011 and 2/2012)
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Simulation example: State Real Estate
Twin-Towers building, Tallinn
23,4
8,0 8,4
0
5
10
15
20
25
30
Heating Cooling Lighting
Net
en
ergy
nee
d, k
Wh
/(m
2a) Window to wall ratio 25%
28,9
14,0
6,2
0
5
10
15
20
25
30
Heating Cooling Lighting
Net
en
ergy
nee
d, k
Wh
/(m
2a) Window to wall ratio 50%
• 7 W/m2 installed lighting, occupancy sensors and photocell controlled dimming
• Double facades with blinds in between + external solar shading for single facades
• Net energy needs in the Figs (COPs, syst.efficiencies, energy carriers not considered)
• Primary energy / life cycle cost to be optimized
Window to wall ratio, % 25 50
Uwindow, W/(m2 K) 0.6 0.6
LT, %, single/double facade 71/62 71/62
g, -, single/double facade 0.49/0.42 0.49/0.42
Uwall, W/(m2 K) 0.18 0.18
nZEB components:
Central Europe vs. North Europe
• Large windows for max daylight to save lighting electricity
• Moderate insulation (Uwindow=1.1 , Uwall=0.30)
• More cooling need than heating need
• External solar shading
• “Glass” buildings with external shading possible
• Free cooling combined with compressor cooling or solar cooling
• Water based distribution system for cooling (or VRV)
• Heat recovery ventilation
• Demand controlled ventilation and lighting
• PV panels
• Small windows for lowest acceptable average daylight factor
• Highly insulated envelope (Uwindow =0.6…0.8, Uwall=0,15)
• Slightly less cooling but a lot of heating
• External shading for low solar angle
• Double façade to be used for “glass” buildings
• 100% free cooling possible with borehole water
• Water based distribution systems for heating and cooling (or VRV)
• Heat recovery ventilation
• Demand controlled ventilation and lighting
• PV panels
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Key performance specification for nZEB (Virta et al. REHVA GB 16 HVAC in sustainable office buildings)
• Some indicative values for key low and nZEB energy design criteria in cold and temperate climates
Unit Low energy Nearly zero energy
SFP of air handling unit kW/m3/s < 2.0 < 1.5
Heat recovery efficiency % > 60 > 80
Demand controlled ventilation meeting rooms all spaces
Installed lighting power W/m2 < 10 < 5
Lighting control time, daylight time, daylight, occupancy
U-value of window W/K,m2 < 1.2 < 1.0
g-value of window < 0.7 adaptable (seasons)
Solar shading yes automated
Infiltration (q50) m3/h,m2 < 1.5 < 0.6
Share of renewable energy % > 10 >20
Liginullenergiamajade vastupidavus ja
niiskustehniline toimivus • Oluliselt parem soojustus tähendab väiksemat soojuskadu ja niiskuse
väljakuivamist ning raskemaid tingimusi paljudele materjalidele ja sõlmedele
• Liginullenergiamajad nõuavad uusi välispiirete ja sõlmede lahendusi (Vinha 2011)
Soojustuse mõju alt
tuulutatud põranda
niiskusreziimile
U=0,4 U=0,2
40
50
60
70
80
90
100
1.5.99 1.7.99 31.8.99 31.10.99 31.12.99 1.3.00 1.5.00 1.7.00 31.8.00
Su
hte
ellin
en
ko
ste
us
, %
Kevytsorakerros
Kevytsoran pinta
Ilma keskikorkeudelta
KERROSTALO, KEVYTSORA
50
60
70
80
90
100
1.5.99 1.7.99 31.8.99 31.10.99 31.12.99 1.3.00 1.5.00 1.7.00 31.8.00 31.10.00S
uh
tee
llin
en
ko
ste
us
, %
Kevytsorakerros
Kevytsoran pinta
Ilma keskikorkeudelta
KEVYTSORA
Soojustuse lisamine vähendab
soojuskadusid , temperatuur
langeb ja suhteline niiskus tõuseb
– halvemal juhul hallitus (Kurnitski 2000)
Eesmärgid ja valdkonnad
• Peaeesmärk: tehniliste lahenduste väljatöötamine ja uuringud, mis
võimaldavad Eestis võimalikult kuluoptimaalsel viisil üle minna
liginullenergiamajade ehitamisele järgmise 10 aasta perspektiivis
• Põhivaldkonnad: hoonete energiatõhusus, hoonete tehnosüsteemid,
ehitusfüüsika ning ehitusökonoomika ja –juhtimine
Eesmärgid:
• Keskenduda kõige suurema nõudlusega nZEB tehnoloogilistele
lahendustele kasutades selleks muuhulgas ehitatavaid
kliimakambreid ja tehnoloogilist testhoonet
• Kütte- ja ventilatsioonisüsteemide lahendused nZEB hoonetele
• nZEB hoonete välispiirete lahenduste ehitusfüüsika/pikaealisus
• Büroohoonete fassaadide kujundamine päevavalguse, varjestuse,
kütte- ja jahutuse ning tehisvalguse seisukohalt
• Kuluoptimaalsete ja nZEB lahenduste/hoonete majandusanalüüsid
Esimesed projektid
• Energiatõhususe miinimumnõuete VVm 258 uuendamine (Jarek, Targo ja
Teet Tark)
• RKAS Kaksiktornide energiatõhusus (Targo, Jarek, Martin, Aivar, Hendrik,
Erkki Seinre, Argo Rosin)
• RKAS liginulli ja madalenergia tüüplahendused (Jarek, Targo, Martin, Aivar,
Hendrik)
Artiklite esialgsed teemad:
• nZEB komponendid ja hoonete võrdlus (Jarek)
• Erinevate riikide miinimumnõuete analüüs (Jarek)
• H/A energiatõhususe arvutusmeetod (Jarek, Mikk, Targo)
• Madaltemperatuuri radiaatorküttesüsteemi konfigureerimine
soojuspumnbale ja küttesüsteemi kadude modelleerimine (Mikk)
• Fassaadide kujundamine päevavalguse, varjestuse, kütte- ja jahutuse ning
tehisvalguse seisukohalt (Martin, Hendrik)
• Tehnosüsteemide auditid ja ekspluatatsioon (Aivar)
• Super Aeroc (Leena)