Rakennusten energiatehokkuuden tulevaisuuden näkymät Tutkimusprofessori Miimu Airaksinen, VTT
1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022 2026 2030 2034 2038 2042 2046 2050 Milj. tn CO 2 ekv. 14/11/2012 2 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Kioto Suomen päästöt Suomen päästöt CO2 ekv.
14/11/2012 3 Estimated economic mitigation potentials by sector in 2030 Source: IPCC 2007 Climate Change Synthesis Report
14/11/2012 4
Ostoenergia (kwh/m 2 ) 14/11/2012 5 250 Sähkö 200 LKV Lämpö 150 100 50 0 2000 2003 2008 matalaenergia passiivi
14/11/2012 6 Exergia, energian laatu Exergy, the quality of energy Not only the quantityt but also the quality of energy is important
14/11/2012 7 Primäärienergia Erilaisia energialähteitä, joista osa suoraan rakennuksessa hyödynnettävässä muodossa, toiset taas esim. poltetaan rakennuksessa lämmöksi.
MWh 14/11/2012 8 Energiankulutuksen tyyppijakauma Energiankulutuksen jakauma Energiankulutuksen ja E-luvun muodostuminen (Toimistorakennus 1 vertailutaso - Toimistorakennus kaukolämpö) 1 - vertailutaso 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Jäähdytys Kiinteistösähkö Laitesähkö Valaistussähkö Lämmitys tuotantohäviöt Lämmitys järjestelmähäviöt Lämmitys käyttövesi Lämmitys IV Lämmitys tilat 0 Energia E-luku
RES - uusiutuvat energialähteet 14/11/2012 9
14/11/2012 10 Rakennukset energiantuottajina Netto-nollaenergiatalo EPBD recast: Kaikki uudet julkiset rakennukset ovat 31.12.2018 jälkeen lähes nollaenergiataloja Kaikki uudet rakennukset ovat 31.12.2020 jälkeen lähes nollaenergiataloja
14/11/2012 11 ptimization of energy consumption Renewable supply Efficient use of energy Reduce consumption - energy conservation Basic approach towards ZEB Supply Demand Low energy demand => all energy by renewable sources Whole building design No optimisation based on parts of the whole Minimized energy demand: Minimised heat losses Zero/minimised cooling demand Efficient use of energy Energy metering, water metering Low power demand Efficient and simple supply: Renewables with building integrated energy systems Local energy systems for back-up Skilful use in terms of simple systems
14/11/2012 12 IEA5-Solar House Ground source heat pump Solar thermal PV Quality Professional use High insulation level Pietarsaari 1993 Building code 2011 Component U-value [W/m 2 K] Wall 0,12 0,17 Roof 0,09 0,09 Floor 0,1 0,16 Door 0,4 1,0 Window 0,7 1,0
14/11/2012 13 Net zero energy building, Kuopio Energy demand Space heating 12 kwh/m 2 Water heating 13 kwh/m 2 Electricity, facility 6 kwh/m 2 Total 31 kwh/m 2 Renewable energy PV 7 kwh/m 2 Solar thermal 16 kwh/m 2 Ground heat 12 kwh/m 2 total 35 kwh/m 2 Excluded www.nollaenergia.fi Residents electricity 16 kwh/m 2
14/11/2012 14 Huipputehon pienentäminen on paljon vaikeampaa kuin energiankulutuksen Reduction of peak power demand in much more diffucult than reduction of energy demand Airaksinen, Vuolle 2012
Energiankäyttö ja aurinkosähkö 14/11/2012 15
Power, W Sähköteho (W) 14/11/2012 16 Missmatch tuntitaso Nollaenergiapientalon tuntitason käyttäytyminen. Kokonaiskulutus 8400 kwh/a (laitteet+lämmitys). PV 60 m 2 Kokonaiskulutus (laitteet + lämmitys) 8400 kwh/m 2. 10 kw PV (60 m 2 ) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 Syöttö verkkoon/akkuihin Input to grid/storage Verkosta/akuista (W) Verkkoon/akkuihin 3000 2000 1000 0 1 825 1649 2473 3297 4121 4945 5769 6593 7417 8241 Vuoden tunnit Hours Otto verkosta/akuista Output from grid/storage
14/11/2012 17 Älykkäät verkot ja rakennukset Smart grids and buildings Hajautettu energiantuotanto De-central energy production Rakennuksen energiantuottajina Buildings as energy producers Energia managerointi Energy management European Technology Platform Smartgrid 2006
14/11/2012 18 Kulutushuippujen katkaiseminen on erittäin tärkeää Peak shaving is very important Ruotsalainen /Sederlund 2008
14/11/2012 19 Building stock Kuva Huovila P. 2010
Ennen 1950 1950 -luku 1960 -luku 1970 -luku 1980 -luku 1990 -luku 2000 -luku 2010 -luku 2020 -luku 2030 -luku 2040 -luku 14/11/2012 20 Vuonna 2050 on yhtä paljon vuoden 2010 jälkeen rakennettua rakennuskantaa kuin ennen vuotta 2010 rakennettua rakennuskantaa Vuoden 2010 rakennuskanta vuonna 2050 Uudistuotanto 2010 2050 290 milj. m2 270 milj. m2 milj. m 2 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Rakennuskannan kerrosala ikäluokittain v. 2050 Vapaa-ajan asuinrakennukset Tuotantorakennukset Julkiset palvelurakennukset Liike- ja toimistorakennukset* Asuinkerrostalot Rivitalot Omakotitalot 2010
14/11/2012 21 Kaikki meistä eivät näe tämän rakennuksen kauneutta
14/11/2012 22 but in respect of renovation it is functional Passive house renovation concept: Heating and cooling 20 kwh/m 2, Total primary energy 120 kwh/m 2 Figure: Lylykangas TES Energy Facade
14/11/2012 23 Sustainable approach: after renovation it can be seen also rather attractive
14/11/2012 24 Building stock has a huge potential but changes are typically very slow Best Available Technology, renovation rate 1,5 25 20 CO2 -päästöt MT/a 15 Kaikki energia Tilojen lämmitys 10 Sähkö (ei lämmitys) Lämmin käyttövesi 5 0 2010 2020 2030 2040 2050
14/11/2012 25 Finnish EcoCity concept in China - New housing in old quarries High density - high rise housing Good orientation Possibility to maximum of 50-60 storeys Energy producing lifts (reduced consumption) Green roofs Passive house standard Combined energy demand for heating and cooling 15 kwh/m 2 Total energy demand < 50 kwh/m 2 Distributed electricity production Mix of uses: shops, offices, public services, library, storages, car parking with battery charge, cafes and restaurants, rooms for hobbies and activities etc.
14/11/2012 26 Energy certificates and other environmental certificates based on calculated technical values are very important. They give the information about building properties thus supporting the decision making (buying/selling) for property owners.
14/11/2012 27 Ympäristöluokitukset On average certified buildings use 18-39% less energy per floor area than their conventional counterparts. However, 28-35% of certified buildings use more energy than their conventional counterparts. Further, the measured energy performance of certified buildings has little correlation with certification level of the building, or the number of energy credits achieved by the building at design time. Newsham et al 2009
14/11/2012 28 Rakennusten vertailun parantaminen; toteutunut kulutus vaihtelee liian paljon Toteutuneeseen kulutukseen vaikuttavat erittäin paljon käyttötottumukset ja rakennuksen käyttöaika. Toteutunut kulutus kertoo rakennuksen käytöstä ja käyttäjistä, ei rakennuksesta. Kerrostalo Rivitalo Pientalo Rakennuskohde Lähde TTY 2009
14/11/2012 29 Users are important Absolute energy consumption is decreasing but the individual differences are becoming higher Need for easy to understand information and user interfaces for control In addition users need to reach the control unit!
14/11/2012 30 Users are important Nykyisin rakennusten käyttäjistä johtuva energiankulutus vaihtelee +/-30%. Energiatehokkuuden parantuessa käyttäjän vaikutus voi olla on +/-50%. Normirakennus Energiatehokas rakennus 30
14/11/2012 31 Responsive eco-efficient environment Integrated energy production and weather forecast system informs father: Embedded sensors are warning mother: Little Raipe is moving towards busy road Put the washing machine on, since non polluting solar energy is available now.
14/11/2012 32 What is ecoefficiency? Kuva Huovila P. 2010
14/11/2012 33 Eco efficiency = Quality of life Environmental pressure * Use of natural resources * Costs Sustainability = Clean and healthy environment Sustainable products Socially acceptable Environmetal load material and energy use Life cycle costs More these (rewarding quality of life) Less these (limits, building codes, laws) valokuva Pekka Huovila
14/11/2012 34 VTT creates business from technology