28.1.2014 RIL RET nzeb määrittelyt ja tekniset periaateratkaisut Jarek Kurnitski Professor, Tallinn University of Technology Adjunct Professor, Aalto University Vice-president REHVA jarek.kurnitski@ttu.ee www.nzeb.ee
EPBD:n vaiheet lähes nollan suuntaan Cost optimal / minimivaatimusten kustannusoptimaalisuuden tarkastelun kansalliset raportit 21.3.2013: 15% ero kustannusoptimaalisesta primäärienergiasta hyväksytty Jotkut maat ovat jo siirtäneet vaatimuksensa CO tasolle (mm. Suomi) Valtaosassa vaatimukset eivät ole olleet CO tasolla, korjataan 2015 Kansalliset nzeb edistämissuunnitelmat komission raportti COM(2013) 483 final/2, 7.10.2013 (julkaistaan joka 3 vuosi) Detailed application of the definition including kwh/m 2 per year PE Välitavoitteet 2015 Kannustimet ja muut edistämistoimet Cost optimal tarkastelu uusittava 5 v välein 2019/2021 julkisten/kaikkien uusien rakennusten oltava nzeb
FInZEB-hanke Lähes nollaenergiarakennus (nzeb) käsitteet, tavoitteet ja suuntaviivat Selvittää, kuinka kansalliset vaatimukset tulisi asettaa riittävän haasteellisesti, mutta kustannustehokkaasti direktiivien täyttämiseksi, rakenteiden turvallisuus ja hyvät sisäolosuhteet huomioiden Haetaan kansalliset tulkinnat EPBD-direktiivin nzeb-määritelmiin, muut asiaan liittyvät direktiivit ja määräykset huomioiden Hankkeen tuloksille pyritään saamaan mahdollisimman laaja konsensus Hankkeessa tehdään eritasoisia rakennustyyppikohtaisia laskentatarkasteluja kustannustehokkaiden tasojen määrittämiseksi Aikataulu 1.9.2013 28.2.2015 Rakennusteollisuus RT ry LVI-talotekniikkateollisuus ry Ympäristöministeriö 15.10.2013 4
Nollaenergiarakentaminen Vuositasolla: tuotto = kulutus Lasketaan energiamuotojen kertoimilla painottamalla (Eluku=0) Ei ole mahdollisista ilman että rakennuksessa tuotetulle energialle löytyy käyttöä nettomittaus tai syöttötariffit ovat välttämättömyys Suuri ongelma rakennuskohtaisissa energiajärjestelmissä on tuoton ja kulutuksen yhteensovittaminen tarvitaan lisää tietoa ja laiteiden ohjausta Useat maat ovat julkaisseet tiekartan nollaenergiarakentamiseen Suomessa energiatodistuksen A-luokka ja FInZEB hanke näyttävät suuntaa
Energiatodistuksen A-luokka nzeb arvioitu uuden energiatodistuksen A-luokalla (energiatodistuksen uusittu asetus tuli voimaan 1.6.2013, esim. kerrostaloissa E=75) A-luokan E-luvut ovat tiukat ja edellyttävät mm. verkkoon syöttämistä
Energiamääräykset eräissä maissa pientalot nykyiset vähimmäisvaatimukset 2013 Kuvassa suurin hyväksytty ostoenergian kulutus ilman kuluttajasähköä ja valaistusta (tilojen lämmitys ja iv sekä LKV lämmitys, LVI-sähkö) 150 m 2 talo LKV nettotarve oletettu kaikissa 25 kwh/(m 2 a) puhallinsähkönkulutus 5 kwh/(m 2 a) + kiertopumppu 3 kwh/(m 2 a) jäljelle jäänyt tilojen ja ilmanvaihdon lämmitys on normeerattu Säänormeerattu Kööpenhaminaan Lähde: Kurnitski J. et al. Comparison of energy performance requirements in selected countries. CLIMA 2013.
Asuinkerrostalo ja toimistorakennus nykyiset vähimmäisvaatimukset 2013 Suurin hyväksytty ostoenergian kulutus kaukolämmitetyissä asuinkerrostaloissa ja toimistorakennuksissa: Säänormeerattu Kööpenhaminaan Ostoenergian kulutus sisältää tilojen, iv ja LKV lämmityksen, jäähdytyksen ja LVI-sähkön kerrostaloissa ja lisäksi valaistuksen toimistoissa Kuluttajalaitteet ja kerrostaloissa myös valaistus eivät sisälly kulutukseen
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 EP + on-site or nearby renewables Definition of a very high energy performance and significant extent of renewables let for Member States, however the cost-optimality principle has been set Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
EPBD definition for energy performance EPBD definitions (article 2): energy performance of a building means the calculated or measured amount of energy needed to meet the energy demand associated with a typical use of the building, which includes, inter alia, energy used for heating, cooling, ventilation, hot water and lighting Other services may or may not be included in the rating included in REHVA definition Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
nzeb määritelmät European definitions based on EPBD recast: REHVA 2013 REHVA has revised its nzeb technical definition and set of system boundaries for primary energy indicator and RER calculation in cooperation with CEN, REHVA Report No:4 www.rehva.eu CEN is working with overarching EPBD standard pren 15603:2013, which will include calculation bases for primary energy and RER, EN 15603 excpected 2014-2015 National definitions Progress report by EC, COM(2013) 483 final/2, 7.10.2013 : 4 (10) MS provided a definition that comprises both numerical target and a share of RES, included in a legal document Most MS report progress in defining nzeb Concerted Action CA EPBD Oct 2013 reports that 10 MS have nzeb numerical definitions (however it is not always clear are these values in legal document or not) Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
REHVA nzeb technical definition 2013 revision ZEB, net ZEB, PEB and nzeb definitions A set of system boundaries to calculate: Energy need Energy use Delivered and exported energy Primary energy Renewable energy ratio Nearby energy production Sites with multiple buildings Load matching and grid interactions Worked examples National low energy and nzeb requirements/targets from selected countries Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Region Country nzeb Energy performance Values Unit Metric Energy uses for: Building type Reference Zone 1 (Catania, Athens) Zone 2 (Budapest, Bratislava, Ljubjana) Zone 3 (Paris, Amsterda m Berlin, Brussels, Copenhag en, Dublin, London, Macon, Nancy, Prague, Warsaw) Cyprus 190 210 Slovakia 54 Belgium BXL Belgium Walloon Belgium Flemish 32 60 45 95-2,5*(V/S) kwh/m 2 /y kwh/m 2 /y kwh/m 2 /y Primary energy Primary energy Primary energy 60 kwh/m 2 /y Primary energy 30 40 France 50 70 110 kwh/m 2 /y kwh/m 2 /y Energy use Primary energy Ireland 45 kwh/m 2 /y Energy load heating, cooling, hot water, lighting Heating, hot water, ventilation, cooling (non-res), lighting (non-res) heating, cooling (non-res), hot water, appliances heating, hot water, appliances Heating, cooling, hot water, ventilation, auxiliary systems heating, ventilation, cooling, hot water, lighting, auxiliary systems heating, ventilation, hot water, lighting Residential Nonresidential Detached Apartment Offices Residential Offices, educational Residential and non-res. Residential Office and school Residential Office Office AC Residential Netherlands 0 [-] Energy heating, ventilation, Residential/ perform. cooling, hot water, non-residential coefficien lighting Federation of European Heating, Ventilation t (EPC) and Air-conditioning Associations Concerted Action EPBD - Malmo meeting 10th-11th October 2013 Concerted Action EPBD - Malmo meeting 10th-11th October 2013 Report from the commission to the European parliament and the council - Progress by Member States towards NZEB Implementing the EPBD - Featuring country reports 2012 Implementing the EPBD - Featuring country reports 2012 Report from the commission to the European parliament and the council - Progress by member states towards NZEB Report from the commission to the European parliament and the council - Progress by Member States towards NZEB; Implementing the EPBD - Featuring country reports 2012
Region Country nzeb Energy performance Values Unit Metric Energy uses for: Building type Reference Denmark 20 25 kwh/m 2 /y Energy need heating, cooling, ventilation, hot water, lighting (non-res) Residential Non-residential Implementing the EPBD - Featuring country reports 2012 Zone 4 (Helsinki, Riga, Stockholm, Gdansk, Tovarene) Estonia 50 100 100 130 kwh/m 2 /y Primary energy Latvia 95 kwh/m 2 /y Primary energy heating, ventilation, cooling, hot water, lighting, auxiliary electricity, appliances heating, cooling, domestic hot water, ventilation, lighting Detached house Apartment Office Hotel Residential/ nonresidential REHVA nzeb Report 2013 Concerted Action EPBD - Malmo meeting 10th-11th October 2013 Concerted Action EPBD - Malmo meeting 10th-11th October 2013 Lithuania <0,25 [-] Energy performa nce indicator C heating Residential/ not-residential Concerted Action EPBD - Malmo meeting 10th-11th October 2013 Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations Lähde: Concerted Action EPBD Malmö, 10 Oct. 2013 Laurent Deleersnyder Directorate General for Energy Unit C3, Energy efficiency
REHVA nzeb definition 2013 Is intended to help the experts in the Member States in defining the nearly zero energy buildings in a uniform way so that local conditions are taken into account, but the uniform methodology used Proposes a technical definition for nzeb buildings following EPBD recast and Cost-optimal regulation Provides energy calculation framework and system boundaries associated with the definition, prepared in the level of detail to be suitable for the implementation in national building codes for the primary energy and renewable energy ratio indicators calculation Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Energy flows to be covered by nzeb definition for EP P calculation Primary energy indicator EP P EP P = E A P net = ( Edel, i f del, i ) ( Eexp, i fexp, i ) i A net i For thermal and electrical energy it applies: Delivered exported energy = energy use on site renewable Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Lähes nollaenergiatalon energiatase Ostoenergia Rakennuksen energiankulutus Muualle viety energia Tontin raja = taseraja Ostoenergia muualle viety = energiankulutus uusiutuva omavaraisenergia ( ostoenergian kulutus - muualleviety energia) energiamuodon kerroin E - luku = lämmitetty nettoala E-luku = lähes nolla (EPBD: erittäin hyvä energiatehokkuus + uusiutuva omavaraisenergia)
nzeb def is based on detailed system boundaries System boundaries (SB) for energy need, energy use and delivered and exported energy calculation. The last one may be interpreted as the building site boundary. Demand reduction measures can be distinguished from RE solutions in the energy use SB, not in the delivered/exported energy SB Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Example of nzeb office primary energy Electricity use of cooling, ventilation, lighting and appliances is 39.8 kwh/(m 2 a) Solar electricity of 6.0 kwh/(m 2 a) reduces the delivered electricity to 33.8 kwh/(m 2 a) Net delivered fuel energy (caloric value) is 4.2 kwh/(m 2 a) and primary energy is 54 kwh/(m 2 a) Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Situation with energy frames In most of countries, on site renewable energy production is subtracted from delivered energy Differences in energy frames: primary energy used in majority, but not in all countries Some countries (Germany, France) use reference building method, fixed values in other countries Both simulation (Estonia, Finland) and monthly methods (Germany, Denmark) used Inclusion of energy flows depends on country: Germany/residential heating energy only (space heating, DHW and heating of ventilation air) Germany/non-residential cooling and lighting also included (appliances not) Denmark appliances and in residential also lighting not included Sweden appliances and user s lighting not included (facility lighting incl.) Estonia, Finland, Norway appliances and lighting included (all inclusive) Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Energy frames, exported energy Exported electricity can be taken into account on annual basis (full utilization), monthly bases (limited to the amount of the delivered electricity each month and the rest of exported is not accounted) or is not taken into account Full utilization (annual bases): Denmark, Estonia, net plus energy program in Germany Monthly bases: Germany, Sweden? (not decided) Not accounted Finland, Norway, Italy Most of energy frames not yet ready to support exported energy Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
RakMK D3 2012 taseraja Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja Auringon säteily ikkunoiden läpi Lämpökuorma ihmisistä Uusiutuva omavaraisenergia TILOJEN ENERGIANTARVE Lämmitys Jäähdytys Ilmanvaihto Käyttövesi Valaistus Kuluttajalaitteet NETTOTARPEET lämmitysenergia jäähdytysenergia sähkö TEKNISET JÄRJESTELMÄT Järjestelmähäviöt ja -muunnokset OSTOENERGIA sähkö kaukolämpö kaukojäähdytys polttoaineet uusituvat ja uusiutumattomat Lämpöhäviöt Ei ole lainsäädäntöä verkkoon syöttämiselle nuoli ulos on jätetty sen takia pois määräysten taserajasta Odotetaan tulevan mukaan seuraavaan määräysuudistukseen (noin 2015)
Demonstraatiohanke: Lantti nollaenergiapientalo Tampereen asuntomessuilla Jarek Kurnitski 18.9.2012
Lanttitalo Verkkoon kytketty ja syöttää verkkoon n. 4000 kwh/a EPBD-direktiivin määritelmän mukaan nollaenergiatalo, E=-1 kwh/m 2 vuodessa RakMK D3 2012 taserajalla E-luku = 50 kwh/m 2 vuodessa 18.9.2012
Lanttitalon tekniset ratkaisut Nollaenergiapientalo = passiivitalon vaippa + tehokas iv LTO/SFP + tehokas lämmitys + aurinkolämpö + aurinkosähkö Lanttitalossa kaukolämpö, mutta maalämpö olisi pienentänyt E- lukua (myös muut lämpöpumput ja puulämmitys mahdollisia) Lanttitason energiatase: Energian Osto- Energia- E-luku nettotarve energia muodon kwh/(m 2 a) kwh/(m 2 a) kerroin, - kwh/(m 2 a) Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitys 35,6 37,9 0,7 26,5 Lämpimän käyttöveden lämmitys 35,0 21,4 0,7 15,0 Jäähdytys 0,0 0,0 1,7 0,0 Pumput ja puhaltimet 4,9 4,9 1,7 8,3 Valaistus 3,2 3,2 1,7 5,5 Kuluttajalaitteet 15,0 15,0 1,7 25,4 Aurinkosähköpaneelit -48,1 1,7-81,7 Yhteensä 93,7 34,3-1,1
Tanskan vaiheet kohden nollaenergiarakentamista 2010 2015 2020 Asuinrakennukset 52.5 + 1650/A in kwh/m²a 30 + 1000/A in kwh/m²a 20 kwh/m²a Primäärienergia Muut kuin asuinrakennukset 71.3 + 1650/A in kwh/m²a 41 + 1000/A in kwh/m²a 25 kwh/m²a Primäärienergiakerroin Sähkö 2.5 2.5 1.8 Kaukolämpö 1.0 0.8 0.6
Viron vaiheet kohden nollaenergiarakentamista 2013 Matala Lähes nolla Pientalot 160 kwh/m²a 120 kwh/m²a 50 kwh/m²a Primäärienergia Toimistot 160 kwh/m²a 130 kwh/m²a 100 kwh/m²a Primäärienergiakerroin Sähkö 2.0 Kaukolämpö 0.9 Yhteensä 9 rakennustyyppiä (erona Tanskaan myös kuluttajalaitteet mukana) 2013 vaatimukset ovat kustannusoptimaalisella tasolla
Hollanti REHVA:n taserajat käytössä Nähdään lisäarvoa nzeb:ssä kiinteistön arvon nousu + tuottavuus ( new calculation method )
Johtopäätökset 10 jäsenmaassa nzeb määritelmät olemassa, loput työn alla Määritelmät näyttävät olevan hyvinkin eritasoisia ja eivät ole juuri lainkaan vertailukelpoisia Cost optimal tarkastelu on saanut positiivisen palautteen suoritettu kaikkialla samalla menetelmällä, joka annettiin EU asetuksena takaa kehityksen, koska pitää uusia 5 v välein Komissio on nähnyt tarvetta myös nzeb ohjeistukselle: Mahdollisesti valmistellaan ohjeistus, ei kuitenkaan asetusta Suuret toiveet CEN standardien uusintatyölle 2013-2015 Tehdään selvitys kansallisisista laskentamenetelmistä