2011 12-17 kurnitski-metropolia

Kustannusoptimaalisuuden ja lähes
nollaenergiarakennusten tekniset määritelmät ja
niiden asema eurooppalaisessa ohjauskehyksessä
15.12.2011 Jarek Kurnitski

Rakentaminen EU:n ohjauksessa
• Äsken julkaistu tiekartta 2050 (Roadmap for moving to a competitive low-
carbon economy in 2050) asettaa kovia paineita korjausrakentamiselle
http://ec.europa.eu/clima/documentation/roadmap/docs/com_2011_112_en.pdf
• Vaikka komission arvion mukaan 20% päästövähennystavoite 2020 mennessä
on toteutumassa, energiatehokkuuden 20%(primäärienergian) tavoitteestaan
ollaan nykytoimilla saavuttamassa vain puolet
• Tavoitteessa pysymiseksi on laadittu:
- Energiatehokkuussuunnitelma 2011 (Energy Efficiency Plan 2011) http://eur-
lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2011:0109:FIN:FI:PDF

- Uusi energiatehokkuusdirektiiviesitys EED (Energy Efficiency Directive)
http://ec.europa.eu/energy/efficiency/eed/eed_en.htm
• Uusia päästövähennystavoitteita:
- 80 % tavoite 1990 tasosta vuoteen 2050
mennessä
- 40 % välitavoite vuoteen 2030 mennessä
- Sektorikohtaiset tavoitteet

Jarek Kurnitski 15.12.2011

© Sitra 2010

EU ilmastonmuutoksen ja energian ohjauskehys

• DG CLIMA: The climate and energy package
- Päästökauppa – keskeinen työkalu
- Päästökaupan ulkopuolinen sektori (mm. liikenne ja maatalous,
rakentamisen osalta öljylämmitys)
- RES
- CCS:n edistäminen

-  Kaikki nämä luovat paineita parantaa energiatehokkuutta, mutta eivät käsittele sitä
suoraan. Energiatehokkuutta ohjataankin EU:n Energy Efficiency Action Plan:n kautta.

- Lähes kaikki Suomen sähkön- ja kaukolämmön tuotanto kuuluu EU:n
päästökauppajärjestelmään ja sen päästöjä ohjataan päästöoikeuksilla


© Sitra 2010

• DG ENERGY: EUROPE 2020 initiative - Energy Efficiency Plan 2011
- Energy labelling of Domestic Appliances
- Energy Efficiency in Buildings – EPBD recast
- End-use Efficiency & Energy Services
- Voluntary Agreements
- Cogeneration - Combined Heat and Power
- Eco-design of Energy-Using Products – ErP

• Energiatehokkuus on nousemassa keskeiseksi asiaksi,
koska päästökauppa ja RES ovat hyvin raiteilla
• Energiatehokkuuden ohjaus koskee negawatteja ja primäärienergia,
joilla on päästöjä alentava vaikutus, mutta päästöohjaus on DG CLIMA
puolella


© Sitra 2010

Ohjaus rakennusten ja rakentamisen kannalta
• Lähes kaikki Suomen sähkön- ja kaukolämmön tuotanto kuuluu EU:n
päästökauppajärjestelmään ja sen päästöjä ohjataan päästöoikeuksilla
• Päästöleikkuri käy siis 21% alle 2005 tason vuoteen 2020 mennessä – täysin
riippumatta siitä mitä rakentamisessa tehdään (päästökaupan ulkopuolinen
sektori 10/16%)
• Toinen ohjauksen tukijalka RES (20/38% 2020)
vaikuttaa suoraan myös rakentamiseen, vaatimalla
x % uusiutuvien osuutta 2015

• Rakentamisen varsinainen ohjaus tapahtuu EPBD
2002, EPBD recast 2010 kautta, kohdistuen:
- energiankulutukseen (=negawatit) ja
kokonaisprimäärienergian kulutukseen
uudisrakentamisen ja laajojen korjausten osalta
- energiatehokkuutta voidaan ohjata primäärienergian
indikaattorilla, mutta voidaan ohjata myös ”muulla”,
jolloin primäärienergian indikaattori pitää myös esittää


© Sitra 2010

EED – uusi energiatehokkuusdirektiiviesitys
• Annettu 22.6.2011 http://ec.europa.eu/energy/efficiency/eed/eed_en.htm
• Velvoittaa julkisen sektorin edelläkävijäksi – korjausvelvoite 3 % vuosittain
julkisen sektorin rakennuskannan siitä osasta, joka ei täytä minimivaatimuksia,
täyttämään korjausrakentamisen energiatehokkuuden minimivaatimukset
(Suomessa vasta valmisteilla)
• Määräys tulisi voimaan 1.1.2014 ja tarkoittaisi enimmillään julkisten
rakennusten peruskorjaamisen noin kaksinkertaistamista nykyisestä
• Energian myyjät ja jakelijat velvoitetaan säästämään asiakkaidensa energiaa
1,5% vuosittain, mutta tämä voidaan saavuttaa muillakin keinoilla, esim.
esimerkiksi Suomessa käytetyt energiansäästösopimukset
• Kaikkiin rakennuksiin vaaditaan myös loppuasiakkaiden energiamittareita,
mikä Suomessa ei vielä ole toteutunut lämmön mittauksen osalta
• Kaavoitukseen määräyksiin vaaditaan, että kaikki yli 20 MW
lämpövoimalaitokset tulee sijoittaa niin, että yhteistuotantolämpö voitaisiin
käyttää rakennusten lämmitykseen
• Julkisiin hankintoihin energiatehokkuuden vaatimuksia, osa jo voimassakin


© Sitra 2010

Asuin- ja palvelurakennuskannan
energiankulutus
Asuin- ja palvelurakennuskannan ostoenergian kulutus
vaihtoehtoisissa laskelmissa
100
89,2
86,8
84,0 83,3
80
72,9
66,2

60 Muu
TWh

Huoneisto- ja kiinteistösähkö
Lämmityssähkö
40
Maalämpö, sähkö
Kaukolämpö

20 Öljy, maakaasu
Puu, pelletti

0
lähtötilanne

laskelma 2

laskelma 1

laskelma 3
laskelma 2

laskelma 1
2020

2050
2020

2050

2050
2007

• Toteutettavissa oleva energiansäästön tavoite on noin 16 % (laskelma 1). Tällöin
suunnitelmallisen normaalin korjaustoiminnan yhteydessä korjattavien rakennusosien
lämmitysenergiankulutus vähennetään keskimäärin puoleen (Heljo et al. 2010).

© Sitra 2010

Rakennuskannan energiankulutuksen kehittyminen
• Rakennuskannan laskelmien yleinen lähtökohta on, että keskimäärin
2 % rakennuksista korjataan vuosittain (+ poistuman oletukset)
Laskelma 1:
• Perustarkastelussa oletetaan, että korjauksissa lämmitysenergian
kulutus puolitetaan (yleinen oletus esim. VNK:n skenaarioissa)
Laskelma 2:
• Korjauksissa ei tehdä energiansäästötoimia (tai laatutason noston
energiansäästölisä on yhtä suuri kuin energiansäästö)
Laskelma 3:
• Teoreettinen laskelma, jossa 2050 mennessä koko rakennuskanta on
muutettu vuoden 2010 energiamääräysten mukaiseksi

• Nykyisenlaisen korjaustoiminnan on arvioitu johtavan laskelmien 1. ja
2. puoleen väliin (Heljo et al. 2010)


© Sitra 2010

Missä säästöpotentiaali?

80 78,5
70,9 71,0 Kasvihuonekaasupäästöt
60 56,7
Suomessa v. 2007 MtCO2-ekv %
Liikenne 14,7 19 %
MtCO2-ekv

40 Teollisuus (ilman rakennuksia) 18,6 24 %
Rakenusmateriaalit ja rakentaminen 3,4 4%
20 14,2
RAKENNUKSET (lämmitys ja sähkö) 27,0 34 %
0
Maatalous, teollisuusprosessit, jätteet ym. 14,8 19 %
1990 2007 2012 2020 2050 Yhteensä 78,5 100 %
• Suomen päästöjen kehitys ja tavoitteet 2012-2050. Tavoitteiden saavuttaminen edellyttää monia rinnakkaisia
toimenpiteitä uudis- ja korjausrakentamisessa sekä keskitetyssä että hajautetussa energiatuotannossa.

MtCO2-ekv Pientalot Kerrostalot Palvelu Tuotanto YHTEENSÄ %
• Rakennusten osalta (oikea taulukko) SÄHKÖ
suurin vähennyspotentiaali on huoneistosähkö 1,0 1,2 1,5 1,7 5,5 20 %
sähkönkäytön tehostamisessa kiinteistösähkö 0,3 0,3 0,4 0,3 1,2 4%
(erityisesti sähkölämmitys yli 0,6 milj. lämmityssähkö 3,5 0,5 1,1 1,2 6,3 23 %
KAUKOLÄMPÖ 0,2 2,8 3 2,1 8,1 30 %
pientalossa), öljylämmityksestä POLTTOAINEET 0%
luopumisessa ja uusiutuvien öljy 1,9 0,8 1,4 1,8 5,9 22 %
lisäämisessä kaukolämmössä puu ja pelletti 0,2 0,2 1%
Yhteensä 7,1 5,6 7,4 7,1 27 100 %
% 26 % 21 % 27 % 26 % 100 %


© Sitra 2010

2050 rakennuskannasta on vielä puolet rakentamatta
Vuoden 2010 rakennuskanta vuonna 2050 Uudistuotanto 2010 – 2050
290 milj. m2 270 milj. m2

Rakennuskannan kerrosala ikäluokittain v. 2050
2
milj. m
80
Vapaa-ajan
70 asuinrakennukset
Tuotantorakennukset
60
50 Julkiset
palvelurakennukset
40
Liike- ja
30 toimistorakennukset*
Asuinkerrostalot
20

10 Rivitalot

0 Omakotitalot
Ennen 1950

1950 -luku

1960 -luku

1970 -luku

1980 -luku

1990 -luku

2000 -luku

2010 -luku

2020 -luku

2030 -luku

2010 2040 -luku


© Sitra 2010

Despite of reduced total energy use
in 2020, electricity use will most
probably continue to increase
Electricity District heat
Total electrical energy use in Finland Total district heat energy use in Finland
140 40

35
120
30
100 P1
P2 25
TWh

TWh
80
VNK A 20
60 VNK C
15
Actual
40
10

20 5

0 0
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050


© Sitra 2010

Sähkö vs. kaukolämpö: ominaispäästöt
pidemmällä tähtäimellä samat, eurot
kuitenkin ratkaisevat lämmitystapavalinnan,
energian kallistuminen välttämätöntä
Electricity District heat
Average specific emissions of electricity production Average specific emissions of district heat production
250 250

200 200
kgCO2/MWh

150 P1
150

kgCO2/MWh
P2

100 VNK A
100
VNK C

50 50

0 0
2010 2020 2030 2040 2050 2010 2020 2030 2040 2050


© Sitra 2010

ERA17 measures with the highest impact
• Net zero energy building regulation for new buildings
- roadmap of code requirements for next 10 years
- will mostly meet “cost optimal” criterion, except PV needing feed-in tariff
- reasonable cost, and savings even higher compared to existing building stock

• Improvement of existing building stock
- incentives needed, not cost efficient in buildings with district heating
- cost efficient in electrically heated houses, still incentives needed to activate

• Integrated land use planning with increased density (UGB etc.)
- almost no cost at all, savings through cheaper infrastructure
- better utilization of local energy supply solutions
- less vehicle km per person – significant reduction in fossil fuels

• Built environment can use 20-35% less energy in 2050 relative to 2010
• Most of investments cost effective, improving living and working quality


© Sitra 2010

Ei keksitä polkupyörää
Suomessa

Towards nZEB:
• Roadmap of some
countries towards
nearly zero energy
buildings to improve
energy performance
of new buildings
• Many countries have
prepared long term
roadmaps with
detailed targets
• Helps industry to
prepare/commit to
the targets

Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations

REHVA benchmarking study: incentives
DE IT FR Hu BE SE
Summary
Table of Incentives
YEAR 2009 2009 2009 2009 2009 2009
Direct Funding of Energy
Yes Yes Yes Yes Yes Stopped
Repairs
FINANCIAL

Financial Help for Low-Income
Yes Yes Yes No Yes No
Households
Green Loans / Soft Loans Yes Yes Yes Yes Yes No

Third Party Financing Yes Yes Yes Yes Yes No
Stopped
Tax Deduction Yes Yes No Yes Yes
TAXES

(2009)
Labour
Lower VAT on Labour and
Stopping Materials & No Labour n.a.
Materials Material
TECHNOLOG

Subsidies on Sustainable
Y SPECIFIC

Yes Yes Yes Yes Yes Yes
Energy Devices
n.a.
per kWh (€/kWh) Yes Yes Yes Yes No
Feed-in Tariffs
n.a.
Green Certificates No Yes Yes Yes Yes
OTHERS

Rent Indexation
n.a. n.a. n.a. No n.a. No
(Owner-Renter Balance)1

1 Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
At this moment, the sole case of rent indexation has been found in the Netherlands.

ERA17 kansallinen toimintaohjelma:
yksi keskeinen toimenpide seuraavan 10 vuoden rakentamismääräysten
tiekartan laatiminen kehityksen ennakoinnin helpottamiseksi
www.era17.fi

Rakennusten energiatehokkuusdirektiivi EPBD recast:
Kaikki uudet julkiset rakennukset ovat 31.12.2018 jälkeen lähes nollaenergiataloja
Kaikki uudet rakennukset ovat 31.12.2020 jälkeen lähes nollaenergiataloja
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

Direktiiviä toimeenpanevien kansallisten säädösten tulee olla annettu ja julkaistu viimeistään 9.7.2012


© Sitra 2010

EU halua olla eturintamassa ja varmistaa omaa kilpailukykyä,
mutta herätty muuallakin
Japanilainen nollaenergiatalokonsepti:
• Japanissa rakennetaan yli 10 000 lähes nollaenergiataloa 2011
• PV 5000 eur/KW, esim. 4…8 kW katolle (mallitalossa myös tuulimylly)
• Lämmitys/käyttövesi/jäähdytys lämpöpumpuilla
• Järjestelmässä myös polttokenno (kaasu) ja akku (n. 6 kWh)

Energiamonitori:
• Vasemmalla tuulen ja auringon
tuotto
• Alhaalla akku (lataus käynnissä)
• Oikealla verkkosähkö ja polttokenno
(polttokennoa ei voi ajaa, koska ei
ole juurikaan lämmitystarvetta)


© Sitra 2009

Asuinrakanennuksia
• Luukku talo: plusenergiatalo Solar Decathlon 2010 kilpailussa
Madridissa, E<0
• Järvenpään ja Kuopion lähes nollaenergiakerrostalot E<50
• 2012 Tampereen asuntomessujen lähes nollaenergiapientalo
• muitakin pientaloja tulossa (Isover ym.)

Luukku talo – plusenergiatalo
Suomessakin


© Sitra 2009

Towards nZEB in Finnish office buildings
• Viikki Ympäristötalo E=84, Jätkäsaari Low2No, Viikki Synergy and some other
buildings have ended up that in addition to demand reduction measures about
15% of electrical energy use can be produced by PV
• Extra investment cost about 10%
• Current BAU level in offices is about E=160…170 (according to 2012 code, D3
2012), in nZEB E ≤ 100 kWh/(m2 a) primary energy
• National project for nZEB E-value determination under preparation
Net delivered Energy Primary
EP in OFFICES energy use, carrier energy use,
Preliminary EP kWh/(m2 a) factor, - kWh(m2 a)
targets for Low2No Space and ventilation heating 30 0,7 21
Domestic hot water (D3 2012) 6 0,7 4
Cooling (district cooling COP=1) 20 0,4 8
Fans and pumps (HVAC) 7 1,7 12
Lighting 15 1,7 26
Appliances (D3 2012) 22 1,7 37
PV -9 1,7 -15
Total 91 93


© Sitra 2009

EPBD recast – Rakennusten energiatehokkuusdirektiivin
uusinta 19.5.2010
• Setting of minimum energy performance requirements for major renovation:
- The threshold of 1000 m2 is deleted
- The definition of 'major renovation‘ is by the investment that should be more than 25% of the whole
buildings value, excluding the land, e.g. the actuarial value, or more than 25% of the building envelope
undergoes structural renovation
• Setting of requirements in respect of the overall energy performance, the proper
installation, and the appropriate dimensioning, adjustment and control of the
technical building systems which are installed in existing buildings
• Setting of minimum energy performance requirements based on
calculation of cost-optimal levels :
- The Commission shall establish by 30 June 2011 a comparative methodology framework
- Member states shall report by 30 June 2012
• By 31 Dec 2020, all new buildings are nearly zero energy buildings
• After 31 Dec 2018, public authorities that occupy and own a new building
shall ensure that the building is a nearly zero energy building
• The role of the recommendations of the energy performance
certificate is strengthened and clarified (incl. cost-effectiveness)


© Sitra 2009

Cost optimal vs. nZEB – kustannusoptimaalisuus-
tarkastelu koskee minimivaatimuksia, käytännössä
ensimmäinen askel lähes nollan suuntaan
• EPBD: EP requirements to be set with a view to achieving cost optimal levels
using a comparative methodology framework established by the Commission
• Cost optimal performance level means the energy performance in
terms of primary energy leading to minimum life cycle cost
• MS have to provide cost optimal calculations to evaluate the cost optimality of
current minimum requirements due June 30th 2012 (Articles 4&5):
• The draft methodology called “delegated Regulation supplementing Directive
2010/31/EU” published http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/doc/draft_regulation.pdf
• Net present value calculation according to EN 15459
• Global cost (=life cycle cost) sums construction cost and discounted energy and
maintenance etc. costs for 20-30 years period

• EPBD recast established the political target of nearly zero energy buildings for
all new buildings by 1 Jan 2021. Both requirements will have to be reconciled
so that a smooth transaction from cost optimal requirements to nearly zero
energy buildings could be guaranteed.
• Cost optimal levels by 2013 can be seen as a first step towards nZEB

© Sitra 2010

Direktiivin määritelmä

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


REHVA nZEB definition
ZEB has exact performance
net zero energy building (ZEB)
level of 0 kWh/(m2 a) primary
energy use of 0 kWh/(m2 a) primary energy
energy use

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/(m 2 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.
nZEB depends on national
conditions

REHVA TF nZEB – system boundary

DELIVERED ENERGY

E   Edel,i  Eexp,i  fi
EXPORTED ENERGY i

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)


Primary energy: total or non-renewable?
Many countries have adopted in their regulations PRIMARY ENERGY and
NON-RENEWABLE primary energy factors (e.g. 1.1 for oil and 0.5 for wood)

EPBD recast defines primary energy as: ”energy from renewable and non-
renewable sources which has not undergone any conversion or
transformation process”

 TOTAL primary energy and TOTAL primary energy factors shall be used
according to EPBD (meaning that there is no difference between bio or fossil
fuel and the factor always exceeds unity)

Another detail are primary energy factors for delivered and exported energy
carriers, which may or may not be equal, depending on national definition, i.e.
both equations can be used:

E   Edel,i  Eexp,i  fi or E   Edel,i f del,i   Eexp,i f exp,i 
i i i


REHVA nZEB system boundary
System boundary of net delivered energy

System boundary of delivered energy

Solar and internal On site renewable
heat gains/loads energy w/o fuels

NET ENERGY DELIVERED
NEED ENERGY
ENERGY NEED
BUILDING electricity
Heating heating energy

(electricity, district heat, district cooling, fuels)
Cooling TECHNICAL
cooling energy SYSTEMS district heat
Ventilation

Net delivered energy
DHW district cooling
electricity for lighting Energy use and
Lighting
Appliances electricity for production fuels
appliances (renewable and
System losses non-renewable)
Heat exchange and conversions
through the
EXPORTED
building envelope
ENERGY
electricity
heating energy

cooling energy

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.


nZEB is not cost optimal yet

Source: The Buildings Performance Institute Europe (BPIE):
http://dl.dropbox.com/u/4399528/BPIE/BPIE_costoptimality_publication2010.pdf


© Sitra 2010

Example of cost optimal calculation: Detached house, 3% interest
rate and 2% escalation (Estonian study, Energy and Buildings 43 (2011))
150

nZEB
Global incremental cost (NPV), €/m2

100

Gas
Pellet
AWHP
50
GSHP
Current reg.
Electric
BAU
Cost optimal ref. Oil
DH
0
50 100 150 200

Cost optimals with
<2 €/m2 difference
-50
Primary energy, kWh/(m2 a)
• AWHP – air to water heat pump, GSHP – ground source heat pump, DH – district heating
• W/o PV, 4 insulation levels from left to right: 0.42, 0.58, 0.76 and 0.96 specific heat loss
• Distance to nZEB 239 €/m2 investment cost/ nZEB=40 kWh/(m2 a) primary energy

© Sitra 2010

Energiatodistus: How to integrate nZEB
into energy certificate scale?

nZEB as technically reasonable achievable
cost optimal for new buildings, category B or C

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

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


2012 Energiapaketti uudisrakentamiseen –
kokonaisenergiatarkastelu/primäärienergia
- julkistettiin 30.3.2011
- tulevat voimaan 1.7.2012

http://www.withouthotair.com/
“if everyone does a little,
we’ll achieve only a little”

… suurin muutos rakentamismääräysten
antamisesta 1976 …


© Sitra 2010

Vuosi 2008:
Rakentamismääräykset 2012

(Vapaavuori, Asuntoforum 2008)


© Sitra 2010

Energiatodistus: virallisesti laskettu ja todellinen
energiatehokkuus

2-kerroksinen kompakti pientalo 145 m2 D5:n ja
energiatodistuksen asetuksen mukaisesti laskettuna

Laskentatapaus ET-luku, Ostoenergia, CO2-päästöt,
U-arvo, LTO
2
ulkoseinät hyötysuhde kWh/br.m ,a ET-luokka - kWh/br.m2,a kgCO2/br.m2,a
Perustapaus suoralla sähkölämmityksellä 0.24 60 181 C 176 70
Perustapaus maalämpöpumpulla 0.24 60 187 C 106 42
Sähkölämm., parannettu n50, LTO ja U-arvot 0.19 80 146 A 140 56
Maalämpö, parannettu n50, LTO ja U-arvot 0.19 80 153 B 89 36

Nykyinen virallinen energiatehokkuustarkastelu johtaa
päästöjen kasvuun kun lämmitystapaa ja primäärienergian
käyttöä ei oteta huomioon
15.12.2011 Jarek Kurnitski
(TKK, LVI-tekniikka – 2008)

Source: Kurnitski J. Contrasting
EPBD 2002, EuP 2005, RES 2008, EPBD recast 2010 the principles of EP
requirements and calculation
have resulted regulation revisions in 2-3 years interval methods in EU member states.
REHVA journal, December
Finland 2012 2008, 22–28.
Denmark Italy

Primary en.
or CO2 em.
Belgium Greece UK
Germany
Hungary France Spain
Estonia
EP requirements
Netherlands
Portugal

Energy Austria
frame Czech Sweden
Poland
Latvia Norway
Slovenia
components

Finland
For

Lithuania

Hourly Dynamic
Monthly
simplified simulation
Calculation methods
• Situation in the member states after EPBD implementation in June 2008 regarding EP
requirements for new buildings and calculation methods
• In the figure, the most developed available calculation method is shown; in many countries
simplified methods may used in parallel or for some building type


© Sitra

Kokonaisenergiavaatimus – E-luku
• Keskeinen ohjaava vaatimus kokonaisenergiavaatimus = vaatimus
lopputuloksen energiatehokkuudelle
• Kokonaisenergiakulutus esitetään suorituspohjaisella E-luvulla, joka lasketaan
rakennukseen ostettavien energioiden ja energiamuotojen kertoimien tulona
ja ilmaistaan kWh/(m2 a) yksiköllä
• Keinot energiatehokkuuden saavuttamiseksi vapaat

• Rakennuksen lämpöhäviön määräystenmukaisuus (tasauslaskelma
vertailuarvoilla, ei muutoksia) toimi perälauta-arvona, ei ole yleensä ohjaava,
myös kompensaatiorajoitukset poistuneet
Energiamuodon kerroin
Sähkö 1,7
Kaukolämpö 0,7
Kaukojäähdytys 0,4
Fossiiliset polttoaineet 1
Uusiutuvat polttoaineet 0,5


© Sitra 2010

Energiatehokkuusdirektiivin mukainen kokonaisprimääri-
energiakerroin pysy lähes vakiona (TKK KesEn -tutkimus)

• Tarkoituksellisesti on valittu “energiamuodon kerroin” eikä
primäärienergiakerroin, mikä mahdollistaa sähkön kertoimen alentamisen

© Sitra 2010

D3 2012 rakenne
• Käyttötarkoitusluokkien jaottelu Liitteessä 1
- Jos useampi kuin yksi käyttötarkoitus niin vaatimukset rakennuksen osille (2.1.5) +
alle 10%:n säännöllä voi laskea muihin aloihin kuuluviksi
- E-luku + muut vaatimukset käyttötarkoitusluokille Luokka 1 – Luokka 8
- Luokka 9: Muut rakennukset – ei E-luku vaatimusta (varastot, uima-, jäähallit, autotallit)
• Energiatehokkuuden vaatimukset:
- 2.1 Rakennuksen kokonaisenergiankulutus (E-luku)
- 2.2 Kesäajan huonelämpötilan hallinta
- 2.3 Rakennusvaipan ilmanpitävyys
- 2.4 Rakennusosien lämmönläpäisykertoimien enimmäisarvot
- 2.5 Rakennuksen lämpöhäviöt – omat tässä kohdassa kuvatut laskentasäännöt
- 2.6 Ilmanvaihtojärjestelmän energiatehokkuus
- 2.7 Rakennuksen lämmitysjärjestelmän tehot
- 2.8 Energiankäytön mittaus
- 2.9 Määräaikaiset rakennukset
- 2.10 Loma-asunnot
• Säätiedot (mitoitusulkolämpötilat ja uusi energialaskennan testivuosi) Liitteessä 2


© Sitra 2010

Kiinteät lähtötiedot vs. suunnitteluasiat
• ns. standardikäyttö (3 Energialaskennan lähtötiedot) määrittää säätiedot,
ilmanvaihdon (ellei tarpeenmukainen), lämmitys- ja jäähdytysrajat, käyttöajat
ja käyttöasteet sekä sisäiset lämpökuormat
• Tarpeenmukainen ilmanvaihto
- Tasauslaskelmassa 2.5 Rakennuksen lämpöhäviöt ei käytetä
- E-luvun laskennassa saa käyttää kohdan 3.2.4 mukaan, jossa viitataan ilmamäärien
suunnitteluarvoihin (sisäilmaston vaatimukset D2:ssa)
• Tarpeenmukainen valaistus
- Saa käyttää kohdan 3.3.4 mukaan
• Lämpimän käyttöveden määrä
- Vesikalustevalinnalla ei voi vaikuttaa ”hanasta tulevaan litramäärään” l/(m2 a)
- Suunnitteluasia, millä ko. lämmitysenergian nettotarve tuotetaan (esim. aurinkokeräin,
lämpöpumppu, LTO, ym.) eli ostoenergiaan
• Kuluttajalaitteet (käyttäjäsähkö) aina taulukon 3 arvoilla
- Ei voi vaikuttaa esim. parempia kodinkoneita valitsemalla
• (Vesikalusteiden ja kuluttajalaitteiden laskenta on siis jätetty tulevaisuuden kehityskohteeksi)


© Sitra 2010

Laskennassa ei oteta huomioon…
• 4 Energialaskennan laskentasäännöt määrittele yleiset periaatteet
siitä, mitä laskennassa otetaan huomioon ja mitä ei (4.1)
• Erikoistiloja ei oteta huomioon (ravintolat, ruokalat, kahvilat)
• Teknisiä järjestelmiä, joita ei ole lueteltu ei oteta huomioon:
- Esim. ammattikeittiöt, ulkovalaistus, hissit, sulatuskaapelit

• 5 Määräystenmukaisuuden osoittaminen asettaa vaatimukset
energiaselvitykselle, laskentatyökaluille ja tulosten esittämiselle


© Sitra 2010

Energiatehokkuuden määritelmät
kokonaisenergiatarkastelua varten
Netto-ostoenergian taseraja

Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja • Nettotarve (huone-
Auringon säteily ikkunoiden läpi Uusiutuva oma-
lämpötilan ylläpito)
Lämpökuorma ihmisistä
varaisenergia • Kulutus (järjestelmät)
TILOJEN OSTOENERGIA • Kiinteistökohtainen
ENERGIANTARVE NETTOTARPEET sähkö
tuotanto

(sähkö, kaukolämpö, kaukojäähdytys, polttoaineet)
Lämmitys TEKNISET
lämmitysenergia
• Ostoenergia
Jäähdytys JÄRJESTELMÄT kaukolämpö
Ilmanvaihto jäähdytysenergia
(järjestelmien kulutus
kaukojäähdytys

Netto-ostoenergia
Käyttövesi
Valaistus sähkö
Laitteet
Polttoaine
uusituvat / uusiutumattomat
katetaan ostoenergialla)
Järjestelmähäviöt
Lämpöhäviöt ja -muunnokset • Muualle viety energia
MUUALLE VIETY • Netto-ostoenergia
ENERGIA
sähkö • Energiamuotojen
lämmitysenergia kertoimet
jäähdytysenergia
• Energialuku

10 kWh Lattialämmitys 85%: Lämpöpumppu 3,5: Energiamuodon Energialuku
nettotarve 11,8 kWh kulutus 3,4 kWh ostoen. kerroin 1,7 5,7 kWh
© Sitra 2010

D3 taseraja
Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja

Auringon säteily ikkunoiden läpi Uusiutuva oma-
varaisenergia
Lämpökuorma ihmisistä

TILOJEN TEKNISET OSTOENERGIA
ENERGIANTARVE NETTOTARPEET JÄRJESTELMÄT sähkö
Lämmitys lämmitysenergia
Jäähdytys kaukolämpö
Ilmanvaihto jäähdytysenergia kaukojäähdytys
Käyttövesi Järjestelmähäviöt
Valaistus sähkö ja -muunnokset polttoaineet
Kuluttajalaitteet uusituvat ja uusiutumattomat

Lämpöhäviöt

• Ei ole lainsäädäntöä verkkoon syöttämiselle – netto-ostoenergian taseraja
jätettiin sen takia pois
• Nollaenergiataloja tällä taserajalla ei siis vielä voi tehdä


© Sitra 2010

Kesäajan huonelämpötilan hallinta
• Kesäajan huonelämpötilaa rajoitetaan:
- niin, että jäähdytysrajan arvoa (asunnot 27C, muut 25C) ei saa ylittää
enemmän kuin 150 astetuntia 1. kesäkuuta ja 31. elokuuta välisenä aikana
energialaskennan testivuodella laskettuna (uusi testivuosi)
• vaatimuksenmukaisuus osoitetaan eri tilatyyppien
lämpötilasimuloinnilla

• pientaloissa lämpötilatarkastelua ei tarvita
• lisäksi loma-asunnoissa ja rakennuksissa, joille ei ole E-luvun
vaatimusta ei tarvitse suorittaa kesäajan huonelämpötilan laskentaa


© Sitra 2010

Vaatimukset laskentatyökaluille
Laskentamenetelmät:
• Rakennusten, joissa ei ole jäähdytystä tai jäähdytystä on vain yksittäisissä tiloissa,
energialaskenta voidaan suorittaa kuukausitason laskentamenetelmällä. Kaikkien
muiden rakennusten energialaskenta pitää suorittaa dynaamisella
laskentatyökalulla.
• Kesäajan huonelämpötilan laskenta pitää suorittaa dynaamisella laskentatyökalulla

Laskentatyökalut:
• Dynaamisen laskentatyökalun kelpoisuus tulee osoittaa
• Dynaamisen laskentatyökalun voidaan validoida siihen tarkoitettujen SFS EN, CIBSE tai
ASHRAE standardien tai vastaavien IEA BESTEST testitapausten mukaisesti (mm.
lämmitys- ja jäähdytysenergian testitapausten osalta)


© Sitra 2010

Pientalon sallittu E-luku riippuu asunnon koosta
220
204 204
200
E-luku kWh/(m2 a)

180
162
160 152

140

120

100
100 150 200 250 300

Lämmitetty nettoala, m 2


© Sitra 2010

Source: Kurnitski J. Contrasting the

EP-value comparison, 2008 data principles of EP requirements and
calculation methods in EU
member states. REHVA journal,
December 2008, 22–28.

• As requirements are both for primary
(DK, EST, D) and delivered (S, N)
energy, only the delivered energy can 180
be compared
• DK,S &D do not include household 160
Oil or gas boiler

Max allowed delivered energy, kWh/(m a)
electricity, therefore this is reduced Electrical heating

2
from the values of EST & NOR 140

• 140 m2 house is considered as EP-
value depends slightly on heated area 120

in DK, N & D
100
• Electricity use of 3 kWh/(m2a) for fans
of ventilation and 5 kWh/(m2a) for 80
circulation pumps of water based
heating (0 kWh/(m2a) for electrical 60
heating) is assumed
• The figure shows maximum allowed 40
delivered energy without
household electricity (i.e. delivered 20
energy to heating, hot water and
ventilation systems) in each country for 0
fossil fuel or electrical heating Denmark Norway Sweden Estonia Germany Finland

2006 2007
New reg. from 2010 2010


© Sitra

EP-value, degree-day corrected data
Finland not successful
• Assumptions for degree-day because of poor heat
correction: recovery requirement
• Energy use for hot water heating 180

25 kWh/(m2a) 160
Oil or gas boiler
• Electricity use of 3 kWh/(m2a) for

Max allowed delivered energy, kWh/(m a)
Electrical heating

2
fans of ventilation and 5 140
kWh/(m2a) for circulation pumps
of water based heating (0 120

kWh/(m2a) for electrical heating) 100
• Remaining space heating energy is
corrected with degree-days 80
calculated from ASHRAE 2001
data; 17°C degree-days used: 60

- 2917 Berlin, 3259 Copenhagen, 3894
Oslo, 3963 Stockholm, 4240
40

EstoniaTRY, 4422 °Cd Helsinki 20
- the values are corrected to
Copenhagen 0
Denmark Norway Sweden Estonia Germany Finland

2006 2007
New reg. from 2010 2010


© Sitra

Denmark and Sweden 2010, Finland 2012, others 2008
180

Oil or gas boiler
160
Max allowed delivered energy, kWh/(m 2a) Electrical heating

140

120

100

80

60

40

20

0
Denmark Norway Sweden Estonia Germany Finland


© Sitra

Pientalon laskentaesimerkki
• Nykyistä rakentamiskäytäntöä vastaavan uuden pientalon energialaskelma eri
lämmitystavoilla D3 2012 ja D5 2012 luonnosversion mukaan
• 150 m2 talo, E-lukuvaatimus 162 kWh/(m2 a)
• ostoenergian laskenta (energiamuotojen kertoimet E-luvun rivillä)
Energian Sähkö- Maa- Kauko- Pelletti
nettotarve lämmitys lämpö lämpö
Tilojen lämmitys 48 56,5 16,1 60,1 80,7
Ilmanvaihdon lämmitys 6 6,0 1,7 6,4 8,6
Lämpimän käyttöveden lämmitys 35 43,6 17,1 41,5 54,3
Puhaltimet ja pumput 7 7,0 7,0 10,0 10,0
Valaistus 7 7,0 7,0 7,0 7,0
Kotitaloussähkö 16 16,0 16,0 16,0 16,0
Ostoenergia yhteensä 119 136 65 141 177
E-luku - 231 110 132 128


© Sitra 2010

Energiankulutuksen tyyppijakauma toimistoissa

Energiankulutuksen jakauma
Energiankulutuksen ja E-luvun muodostuminen
(Toimistorakennus 1 – vertailutaso - kaukolämpö) 1 - vertailutaso
Toimistorakennus

1600

1400 Jäähdytys

1200 Kiinteistösähkö
Laitesähkö
1000
Valaistussähkö
MWh

800 Lämmitys tuotantohäviöt
Lämmitys järjestelmähäviöt
600
Lämmitys käyttövesi
400 Lämmitys IV
200 Lämmitys tilat

0
Energia E-luku

Jarek Kurnitski
15.12.2011

2012 energiatehokkuuskonseptit toimistoissa
• 2010 vaipan umpiosat hyvä suunnittelun lähtökohta
• Nykyisellä LTO käytännöllä (75-80%) saavutetaan 170 taso
• Jos tiukemmat tavoitteet, niin lukuisia ratkaisuja, joilla nyt ei ole
merkitystä määräysten mukaisuuden osoittamisessa:
- Valaistuksen läsnäolo ja päivävalo-ohjaukset
- Erillispoistojen lämmön talteenotto
- Ilmanvaihdon ominaissähköteho – matalapainejärjestelmät
- Tarpeenmukainen ilmanvaihto
- Porareikälämmitys/viilennys (passiivinen tai lämpöpumput)
- …
• Lasitusten ja auringonsuojauksen optimointi lämmitys- ja
jäähdytysenergian minimin kannalta
• Sähkön kerroin 1,7 antaa sähköä säästäville toimenpiteille suurimman
vaikuttavuuden


© Sitra 2010

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.


Example – nZEB Office building
System boundary of net delivered energy

System boundary of delivered energy
Solar and internal 15.0 PV electricity,
from which 6.0 used
heat gains/loads in the building and
9.0 exported
NET ENERGY NEED (47.2 kWh/(m2 a)) NET ENERGY NEED
Appliances BUILDING TECHNICAL
(47.2 kWh/(m2 a))
(users') SYSTEMS
10,8 Lighting
Boiler DELIVERED ENERGY
3.8 heating 3.8/0.9 = 4.2
Space Fuel 4.2
21,5 heating Free cooling
1,1
Heating of 11.9 cooling
0,6 4.0/10 = 0.4
3,2
air in AHU Compressor cooling
Cooling in 21.5 appliances Electricity 33.8

Net delivered energy
room units
7.9/3.5 = 2.3
Cooling of 10.0 lighting Ventilation 5.6
10
air in AHU
Appliances 21.5
Heat exchange Lighting 10.0
through the
(Sum of electricity 39.8)
building envelope

EXPORTED ENERGY
Electricity 9.0

Primary energy:
4.2*1.0 + (33.8-9.0)*2.5 = 66 kWh/(m2 a)

• 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)


Pariisi, Elithis Tower
• Koneellinen tulo- ja poisto LTO
• Jäähdytyspalkit
• Yötuuletus, atrium poistona
• Adiabaattinen + kompressorijäähdytys
• Pyöreä muoto + ulkoinen auringonsuojaus


© Sitra

Ympäristötalo, Viikki

• Likaisten tilojen iv LTO 80%, SFP 1,3-1,7
• Kaksoisjulkisivu etelään aurinkopaneeleilla
• Tarpeenmukainen iv ei toimistotiloissa
• Tarpeenmukainen valaistuksen ohjaus, 7 W/m2
• Porareikäjäähdytys 11 kWh/(m2 a) netto vs. 0,3 osto
• Lämmitys 38 kWh/(m2 a)
• Käyttö- + kiinteistösähkö 34 kWh/(m2 a)
• Aurinkosähkön tuotto 7 kWh/(m2 a)
15.12.2011
• E=85
© Sitra

nZEB case studies: common solutions
• Energy sources used: heat pumps, DH, bio-CHP, solar PV and thermal
• Heat recovery ventilation, often demand controlled, by centralized or
decentralized systems sometimes combined with natural stack effect
ventilation for ventilative cooling purposes
• Free cooling solutions combined with mechanical cooling via
boreholes, water to water HP, evaporative or ventilative cooling etc.
• Optimized building envelope and effective external solar protection
• Utilization of natural light + effective demand controlled lighting
• High efficiency heat recovery and low specific fan power, CO2,
presence and temperature control typical in nZEB
• Water based distribution systems and VRV heat pumps
• Utilization of thermal mass and other passive measures

• Office appliances have become major component in energy balance…


© Sitra

Lähes nollaenergiarakentamisen osaamisen kehittäminen Sitran
Energiaohjelman ja Ympäristöministeriön yhteistyössä
1. 2012 energiamääräykset RakMk D3 2012, D5 2012 ja C4 2012
2. Energiamuodon huomioon ottaminen määräyksissä: päästö- ja
primäärienergiakertoimien taustaselvitys
3. Laskennassa käytettävien säätietojen tarkistaminen: uuden
energialaskennan testivuoden kehittäminen
4. Kylmäsiltojen huomioon ottaminen määräyksissä taulukkoarvoilla +
yksityiskohtaisempi laskentaopas
5. Lämmitys- ja LKV- järjestelmien hyötysuhteiden taulukkoarvojen päivitys +
yksityiskohtaisempi laskentaopas
6. Aurinkolämmön ja -sähkön laskentaohjeet + laskentaopas
7. Lämpöpumppujen laskentaohjeet + laskentaopas
8. Jäähdytysjärjestelmien laskentaohjeet + laskentaopas
9. 2012 E-lukujen vaatimustasojen arviointiprojekti – RT
10. …
• Myös muita oppaita kuten RIL:n matalaenergiaoppaat


© Sitra 2010

2012 – kustannusoptimaalisuus – lähes nolla 2021
• 7-9 vuotta aikaa lähes nollaenergiarakentamiseen vaikka missään ei vielä tarkkaan
tiedetä mitä se on
• EPBD recast vaatii samalla kustannustehokkuutta ja lähes nollaenergiarakentamista:
- Kustannusoptimaalisuus on ensimmäinen askel lähes nollan suuntaan
- Sujuvaksi siirtymiseksi lähes nollaan, komission mukaan tavoitteita on tarvittaessa
yhteen sovitettava, koska nykyisen käsityksen mukaan lähes nolla ei ole
kustannustehokas, ellei siten riittäviä kannustimia ole tarjolla
• 1 vuosi aikaa nykyisten (2012) E-lukujen kustannusoptimaalisuuden tarkastelun
suorittamiseksi
• 2015 mennessä annettava välitavoitteet uusille rakennuksille – tiekartta tarvitaan siis
direktiivinkin vaatimana, myös keskeinen ERA17 toimenpide
• Uudet määräykset D3 2012 ovat ”nollaenergiakelpoisia” ja näissä on kv- uutuusarvoakin
mm. innovatiivisten järjestelmien käsittelyn ja kaupallisten laskentatyökalujen osalta
• Lähes nollaenergiarakentaminen edellyttää verkkoon syöttämisen pelisääntöjen
selkeyttämistä – muualle viety energiaa ei ole 2012 taserajassa vielä mukana
• Tekninen nZEB rakentamisen valmius syntymässä pilottihankkeiden sekä suunnittelu- ja
laskentaohjeistuksen valmistumista myöten


© Sitra 2010

2011 12-17 kurnitski-metropolia

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (19)

Semelhante a 2011 12-17 kurnitski-metropolia

Semelhante a 2011 12-17 kurnitski-metropolia (20)

Mais de Sitra Energia

Mais de Sitra Energia (20)

2011 12-17 kurnitski-metropolia