Rakennusten energiatehokkuus ja päästöt

Transkriptio

1 Rakennusten energiatehokkuus ja päästöt Energiatuotannon ja käytön yhteensovittaminen Rakentamisen ohjauksen haasteet päästötavoitteiden saavuttamiseksi Primäärienergiatarkastelun käytännön merkitys Jarek Kurnitski Dosentti, TkT LVI-tekniikka Rakennusfoorumi 1

2 Rakentamisen energiatehokkuus- ja päästöohjaus CO 2 -päästöjen vähentäminen edellyttää oikein kohdistettuja säästötoimenpiteitä Väärin säästämällä voimme jopa lisätä päästöjä Koko energiaketjun tarkastelu tuotannosta kulutukseen osoittaa toimivat ratkaisut Periaate on yksinkertainen: pitää tuntea pääosin päästöjä aiheuttavat energiatuotantomuodot ja vähentää näihin kohdistuvaa energiankulutusta Keskeiset komponentit uudis- ja korjausrakentamisessa: Sähkönkäyttöä alas Kaukolämpöä lisää Lämmitystapojen vaihtaminen (esim. öljy) päästöjä alentavasti Uusiutuvia energialähteitä lisää: Lämpöpumput Biopolttoaineet aluelämmön ja sähkön ratkaisut

3 Suomen koko sähkötuotanto Suomen sähkön tuotanto 2006 (GWh), yhteensä 79 TWh lähde: Tilastokeskus Yhteistuotantosähkö kaukolämmön tuotannossa % 431 kg(co 2 )/MWh Yhteistuotantosähkö teollisuudessa % 201 kg(co 2 )/MWh Koko sähkötuotannon ominaispäästön k.a : 274 kg(co 2 )/MWh Erillinen lämpövoima % 903 kg(co 2 )/MWh 0 kg(co 2 )/MWh 0 kg(co 2 )/MWh Vesivoima % Tuulivoima % Kaukolämpötuotannon ominaispäästön k.a : 210 kg(co 2 )/MWh Ydinvoima % (KesEn hanke)

4 Sähkön- ja lämmöntuotannon päästöt Koko sähkön tuotanto 2006: 79 TWh Koko kaukolämmön ja teollisuushöyryn tuotanto 2006: 97 TWh Sähkötuotannon hiilidioksidipäästöt hyödynjakomenetelmällä 2006 (Mt), yhteensä 24.1 Mt lähde: Tilastokeskus Sähkön ja lämmöntuotannon hiilidioksidipäästöt hyödynjakomenetelmällä 2006 (Mt), yhteensä 37,2 Mt lähde: Tilastokeskus Yhteistuotantosähkö kaukolämmön tuotannossa % Teollisuuslämpö % Erillinen lämpövoima % Yhteistuotantosähkö teollisuudessa % Kaukolämpö % Konventionaalinen lämpövoima % (KesEn hanke)

5 Koko sähköntuotannon tuntikohtainen CO 2 -ominaispäästö hyödynjakomenetelmällä ja erillisen lämpövoiman tuntikohtainen nettotuotanto aikasarjana vuosien 2006 ja 2007 yli (KesEn hanke)

6 Koko sähköntuotannon CO 2 -ominaispäästö energiamenetelmällä erillisen lämpövoiman funktiona (KesEn hanke)

7 Koko sähköntuotannon ominaispäästön riippuvuus ulkolämpötilasta (HKI-Vantaa) (KesEn hanke)

8 Kaukolämpövoiman riippuvuus ulkolämpötilasta (KesEn hanke)

9 Sähkötuotannon tuntikohtaisen ominaispäästöjen tarkastelun johtopäätökset Sähkön ominaispäästöt eivät riipu yksiselitteisesti ulkolämpötilasta eivätkä vuorokaudenajasta Päästöjen vaihtelu selittyy erillisen lämpövoiman tuntikohtaisen nettotuotannon määrän vaihtelulla Erillistä lämpövoimaa on tuotettu sekä talvella että kesällä ja sen määrä on ollut riippuvainen sähkön viennistä (korreloi Spothinnan kanssa) Tämä kumoa yleisen käsityksen, jonka mukaan erillislämpövoima ja siten myös sähkön päästöt olisivat huipussaan talvipakkasilla Tasoittavana tekijänä toimi kaukolämpövoima, jonka päästöt ovat maltilliset ja tuotanto vahvasti riippuvainen ulkolämpötilasta; kaukolämmön tarve ja tuotanto riippuvat ulkolämpötilasta ja ajoittuvat siten samanaikaisiksi sähkön tarpeen huippujen kanssa talvipakkasilla (KesEn hanke)

10 Kulutuksen muutoksen vaikutus päästöihin Rakentamismääräyksillä ohjataan kulutuksen muutosta Tällä hetkellä uudisrakentamista, mutta myös korjausrakentamisen energiaohjauksen tarve on ilmeinen Kysymys: mihin energiatuotantomuotoon kulutuksen muutos kohdistuu? Muuttuvilta kustannuksiltaan kalleimpaan, eli järjestyksessä: erillistuotantoon, yhteistuotantoon, ydinvoimaan ja vesivoimaan mm. Spot-hinta ja erillistuotannon määrä korreloivat erittäin hyvin Vesivoima

11 Erillisen lämpövoiman tuotannon riippuvuus Spot-hinnasta Tuotannon riippuvuus Spot-hinnasta vahvistaa edellisen sivun muuttuvien kustannusten mukaisen tuotantojärjestyksen kulutuksen muutos kohdistuu siis kalleimpaan tuotantomuotoon (tuotanto ei mene koskaan täysin nollaan säätövoiman tarpeen takia)

12 Energian käytön ja kulutuksen muutoksen tarkastelu Nykytilanne (vuosi 2006) ominaispäästö kg(co 2 )/MWh osuus kulutuksesta Olkiluoto 3 (1600 MW) korvaa vain erillistä lämpövoimaa nykyisellä kulutusrakenteella Koko sähkön Erillinen Kaukolämpövoima Teollisuusvoima Painotettu tuotanto lämpövoima keskiarvo ominaispäästö kg(co 2 )/MWh osuus kulutuksesta Koko sähkön tuotanto Erillinen lämpövoima Kaukolämpövoima Teollisuusvoima Painotettu keskiarvo 306,5 859,1 426,7 193, ,1 % 1,6 % 0,3 % ,1 426,7 193, ,4 % 50,6 % 8,5 % Laskettu Tilastokeskuksen energiatilastoista hyödynjakomenetelmällä seuraavasti: Kulutuksen muutoksen katsotaan kohdistuvan erillisen lämpövoimaan, jos sen tuotanto ylittää 500 MW. Kulutuksen muutoksen katsotaan kohdistuvan kaukolämpövoimaan, jos erillisen lämpövoiman tuotanto alittaa 500 MW. ja kaukolämpövoiman tuotanto ylittää 1000 MW. Kulutuksen muutoksen katsotaan kohdistuvan teollisuusvoimaan, jos erillisen lämpövoiman ja kaukolämpövoiman tasot alittavat tasot 500 MW ja 1000 MW ja teollisuusvoiman tuotanto ylittää 1200 MW. Tasot perustuvat vuosien 2006 ja 2007 tuotannon pysyvyyksien tarkasteluun. (KesEn hanke)

13 Energiamuotojen kertoimet (hyödynjakomenetelmä) NYKYTILANNE OLKILUOTO 3 KORVAA ERILLISTÄ LÄMPÖVOIMAA Ominaispäästö kg(co 2 )/MWh Energiamuodon kerroin (suhde polttoöljyyn) Ominaispäästö kg(co 2 )/MWh Energiamuodon kerroin (suhde polttoöljyyn) Kevyt Sähkö Kaukolämpö polttoöljy ,2 0, ,1 0,79 Energiamuodon kerroin = ko. ominaispäästön suhde kevyen polttoöljyn ominaispäästöön (KesEn hanke)

14 Esimerkki: CO 2 emission consequences of energy measures in buildings (Björn Rolfsman, 2001) Norrköpingin kaukolämmitetyn kerrostalon energiansäästötoimenpiteiden (lisälämmöneristäminen, ikkunoiden vaihto ja maalämpöpumppu) vaikutus

15 Lämmitysenergian säästö kaukolämmitetyssä talossa/ kaukolämmön ja sähkön yhteistuotanto Lämmitysenergian säästötoimenpide CO 2 päästöjen lasku rakennustasolla Vähemmän kaukolämpöä vähemmän yhteistuotantosähköä Yhteistuotantosähkön vajaus korvautuu erillistuotantosähköllä, jolla korkeat päästöt tuotannon päästöt lisääntyvät Tuotannon päästöjen lisäys on suurempi kuin päästöjen lasku rakennuksessa kokonaisuudessa päästöt lisääntyvät Lämmön ja sähkön yhteistuotanto syrjäyttää markkinoilta erillistuotantosähköä, mikä alentaa päästöjä merkittävästi

16 Löysät pois Asuinrakennukset: MW Pientaloissa (51 % rakennusten lämmityksestä) korostuvat johtumishäviöt ja erityisesti lämmitystavan merkitys (sähkölämmitys vs. maalämpöpumppu 3:1) Suomessa on 0,7 miljoona väärin lämmitettyä pientaloa suora sähkö vesikiertoinen sähkö öljy biopolttoaine/kaukolämpö/lämpöpumput Kerrostaloissa (21 % rakennusten lämmityksestä) korostuu sähkönkulutuksen ja lämpimän käyttöveden lämmitys: Sähköiset märkätilalattialämmitykset (RakMk ei ota mitenkään kantaa) Sähköiset ilmanvaihdon jälkilämmitykset (RakMk ei ota mitenkään kantaa) Lämpimän käyttöveden suuri osuus lämmityksestä Kodinkoneet, puhaltimet ja valaistus

17 Rakentamismääräykset 2012 (Vapaavuori, Asuntoforum 2008)

18 Primäärienergian vs. CO 2 -päästöjen tarkastelu ENERGIA Rakennus Primäärienergia ARVIOINTI Sähkö 10 kwh Hyötysuhde 40 % 25 kwh primäärienergiaa (Kerroin 2,5) Öljy 10 kwh Jalostus ja kuljetus 13 kwh primäärienergiaa (Kerroin 1,3) Määritelmä: uusiutumattomalla primäärienergialla tarkoitetaan rakennukseen myytävän ostoenergian tuottamiseksi tarvittavaa J. Kurnitski uusiutumattoman 2009 energian määrä (EN 15603:2008)

19 Primäärienergian vs. CO 2 -päästöjen tarkastelu Primäärienergiatarkastelu on luonnonvarojen käytön tarkastelu Keskeinen ero päästötarkasteluun verrattuna ydinvoimassa: primäärienergiakerroin 3,0 koska käytetään uraania toisaalta täysin päästövapaa ( 0 kg(co 2 )/MWh ) Muiden energiamuotojen kertoimet käytännössä samat tarkastelusta riippumatta Edellisen vuoksi rakentamismääräyksissä käyttöön otettavat energiamuotojen kertoimet on oikea määritellä päästötarkastelulla

20 Energiatehokkuusvaatimusten kehitysaste ( LVI-tekniikka 2008) Energiatehokkuusvaatimukset CO 2 tai primäärien. Osakohtaiset Kokonaisenergia Tanska Saksa Belgia Unkari Italia Kreikka Hollanti Portugali Itävalta Tsekki Latvia Slovenia Suomi Liettua Ranska Puola Englanti Espanja Viro Ruotsi Norja Kuukausitaso Yksinkert. tuntitaso Dynaaminen simulointi Laskentamenetelmät Uudisrakentamista koskevien energiatehokkuusvaatimusten ja laskentamenetelmien kehitysaste EU-maissa (kuvassa on laskentamenetelmistä esitetty kehittynein, usein myös yksinkertaisempi menetelmä käytössä) CO 2 /primäärienergiatarkastelu simuloinnilla varmistaa energiatehokkaan lopputuloksen ja mahdollistaa uusien J. Kurnitski tekniikoiden 2009 joustavan huomioon ottamisen

21 Esimerkkejä eri maiden ET-luvuista Miten paljon osto- tai primäärienergiaa voidaan käyttää omakotitaloissa? Denmark: Primary energy /A gross kwh/(m 2 a) The value does not include the household electricity Primary energy factor 2.5 for the electricity and 1.0 for oil and gas Sweden: Delivered energy 110 kwh/(m 2 a) (130 kwh/(m 2 a) in North region) 75 kwh/(m 2 a) (95 in North) in the case of electrical heating The values do not include the household electricity Norway: Delivered energy /A heated kwh/(m 2 a) in detached houses and 120 kwh/(m 2 a) in apartment buildings The values include household electricity of 40 kwh/(m 2 a) Estonia: Primary energy 180 kwh/(m 2 a) which includes household electricity; =142 primary energy without household electricity Primary energy factor 1.5 for the electricity and 1.0 for oil and gas Germany: Primary energy /(100+A heated ) kwh/(m 2 a) (without household electricity) Primary energy factor 2.7 for the electricity and 1.1 for oil and gas

22 Energiatodistus: talotekniikan vaikutus virallisesti laskettuun ja todelliseen energiatehokkuuteen 2-kerroksinen kompakti pientalo 145 m 2 D5:n ja energiatodistuksen asetuksen mukaisesti laskettuna Laskentatapaus U-arvo, ulkoseinät LTO hyötysuhde ET-luku, Ostoenergia, kwh/br.m 2,a ET-luokka - kwh/br.m 2,a CO 2 -päästöt, kgco 2 /br.m 2,a Perustapaus suoralla sähkölämmityksellä C Perustapaus maalämpöpumpulla C Sähkölämm., parannettu n 50, LTO ja U-arvot A Maalämpö, parannettu n 50, LTO ja U-arvot B Nykyinen virallinen energiatehokkuustarkastelu johtaa päästöjen kasvuun kun lämmitystapaa ja primäärienergian käyttöä ei oteta huomioon (, LVI-tekniikka 2008)

23 Esimerkki: RET-mallitoimistorakennus Jäähdytys Muu sähkö 3 % 19 % Ilmanvaihdon lämmitys 17 % Käyttöveden lämmitys 5 % Muu sähkö 30 % Jäähdytys 5 % Ilmanvaihdon lämmitys 5 % Käyttöveden lämmitys 2 % Tilojen lämmitys 7 % Puhaltimet 18 % Valaistus 21 % Tilojen lämmitys 23 % Puhaltimet 12 % Valaistus 33 % Ostoenergian kulutus 123 kwh/(brm 2 a) Primäärienergian kertoimet: Helsingin energia Primäärienergian kulutus 170 kwh/(brm 2 a) (kaukolämpö 0,44 ja sähkö 2,17) (, LVI-tekniikka 2008)

24 Ostoenergiatarkastelu pientaloissa 145 m 2 2-krs omakotitalo Helsingissä NORMAALITALO PASSIIVITALO Lämmönjako sähköpatterit tai vesikiertoinen lattialämmitys 1 LTO % 60/80 80 Jälkilämmityspatteri sähkö/vesi 1 sähkö 2 /vesi 1 IV-kerroin, 1/h US W/m 2 K 0.21 (200mm) 0.07 (550mm) AP W/m 2 K YP W/m 2 K IKK W/m 2 K OVI W/m 2 K Ilmanpitävyys n 50,1/h 2.0/ Maalämpöpumppu (COP = 3.5 lämmitykseen ja 2,7 LKV) 2 Etulämmityspatteri varustettu maalämmönsiirtimellä (KesEn hanke)

25 Tehontarve (-26 C) W/m², normaalitalo 1. krs: 2. krs: (KesEn hanke)

26 Tehontarve (-26 C) W/m², passiivitalo 1. krs: 2. krs: (KesEn hanke)

27 Ovatko passiivitalot energiatehokkaita? Ostoenergia kwh/m²,a maalämpötalo vs. passiivitalo cm vs. 50 cm villaa Sähkölämmitys Maalämpö Maalämpö Sähkölämmitys Maalämpö Normaalitalo Normaalitalo Passiivitalo (n 50 =0.6 + LTO=0.8) Viisi kymmenestä uudesta omakotitalosta käyttävät vähemmän ostoenergiaa kuin ns. passiivitalot (KesEn hanke)

28 Energiankäytön erittely ja kustannukset Ostoenergia, kwh/(m²a) Normitalo 2008 Normaalitalo Passiivitalo Sähkö- Maalämpö Sähkö- Maalämpö Maalämpö Sähköinen Sähkö- Maalämpö lämmitys lämmitys n 50 =0.6, LTO=0.8 iv-lämmitys lämmitys Tilojen lämmitys Ilmanvaihdon lämmitys Puhaltimet Kotitaloussähkö Valaistus Lämmin käyttövesi Ostoenergia yht Lisäinvestointi suhteessa edullisimpaan ja kannattavuus Normitalo 2008 Normaalitalo Passiivitalo Sähkö- Maalämpö Sähkö- Maalämpö Maalämpö Sähköinen Sähkö- Maalämpö lämmitys lämmitys n 50 =0.6, LTO=0.8 IV-lämmitys lämmitys Lisäinvestointi, Kustannuslisä, % Ostoenergia ja takaisinmaksuaika sähkön hinnalla eur/kwh Ostoenergia, /a Maksuaika 3% korolla, a yli 40 yli 40 yli 40 Ostoenergia ja takaisinmaksuaika sähkön hinnalla 0.15 eur/kwh Ostoenergia, /a Maksuaika 3% korolla, a Ostoenergia ja takaisinmaksuaika sähkön hinnalla 0.20 eur/kwh Ostoenergia, /a Maksuaika 3% korolla, a (KesEn hanke)

29 Miten energialaskelmat/ohjaus tehdään oikein? Rakennusten energiatehokkuus (ET-luku) lasketaan käyttämällä energiamuotojen kertoimia 2012 näin toimitaan myös Suomessa! Kertoimet muuttuvat ajassa mutta lähitulevaisuudessa ei ainakaan pienempiä kuin (KesEn, Olkiluoto 3, alustavat tulokset): kevyt polttoöljy 1 sähkö 2 (hyödynjakomenetelmä) kaukolämpö 0,8 (hyödynjakomenetelmä) (uusiutuvat biopolttoaineet esim. 0,5 vain välilliset päästöt) Päästöpohjaiselle primäärienergiatarkastelulle ei ole vaihtoehtoja: Lopulliset kertoimet rakentamisen ohjauksen poliittinen päätös Päästötarkastelu osoittaa kaksi keskeistä asiaa: Kerrostalokannan energiatehokkuus kutakuinkin hoidettu kaukolämmityksellä korjaukset/lisärakentaminen tehtävä muista lähtökohdista (laatutason nostaminen, lisäneliöt, sisäilmaston parantaminen, ym.) Varsinainen ongelma sähkölämmitteistä pientaloa