Lähes nollaenergiarakennus nZEB ja sen määritelmä
26.1.2012 Jarek Kurnitski
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
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
Direktiivin määritelmä
Rakennusten energiatehokkuusdirektiivi EPBD recast 2010: 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
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
REHVA nZEB definition
net zero energy building (ZEB) energy use of 0 kWh/(m2 a) primary energy
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/(m2 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.
ZEB has exact performance
level of 0 kWh/(m2 a) primary
energy use
nZEB depends on national
conditions
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
REHVA TF nZEB – system boundary
DELIVERED ENERGY
EXPORTED ENERGY
i
iiidel fEEE exp,,
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)
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
ENERGY NEED
HeatingCoolingVentilation
DHWLighting
Appliances
System boundary of net delivered energy
Net
deli
vere
d e
nerg
y
(ele
ctr
icity,
dis
tric
t h
ea
t, d
istr
ict
co
olin
g, f
ue
ls)
System boundary of delivered energy
heating energy
cooling energy
electricity for lighting
fuels
BUILDING
TECHNICAL SYSTEMS
Energy use and production
System losses and conversions
electricity
cooling energy
On site renewable
energy w/o fuels
district heat
district cooling
electricity
heating energy
Solar and internal
heat gains/loads
Heat exchange
through the building envelope
NET ENERGY
NEED
DELIVERED
ENERGY
EXPORTED
ENERGY
(renewable and
non-renewable)
electricity for
appliances
REHVA nZEB system boundary
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.
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
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.
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
System boundary of delivered energy
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
Example – nZEB Office building
• 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)
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Energiatodistus: How to integrate nZEB
into energy certificate scale?
nZEB as technically reasonable achievable
req. for new buildings (typically not cost optimal yet)
cost optimal for new buildings, category B or C
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
© Sitra
D3 2012 kokonaisenergiavaatimus – E-luku
• Kokonaisenergiankulutus esitetään suorituspohjaisella E-luvulla, joka lasketaan rakennukseen ostettavien energioiden ja energiamuotojen kertoimien tulona ja ilmaistaan kWh/(m2 a) yksiköllä (=primäärienergia)
26.1.2012 Jarek Kurnitski
Käyttötarkoitusluokka E-lukuvaatimus kWh/m2 vuodessa
Luokka 1 Pientalo Pinta-alan mukaan
Rivitalo 150
Luokka 2 Asuinkerrostalo 130
Luokka 3 Toimistorakennus 170
Luokka 4 Liikerakennus 240
Luokka 5 Majoitusliikerakennus 240
Luokka 6 Opetusrakennus ja päiväkoti 170
Luokka 7 Liikuntahalli (pois lukien uima- ja jäähalli) 170
Luokka 8 Sairaala 450
Luokka 9 Muut rakennukset ja määräaikaiset
rakennukset
E-luku on laskettava, mutta sille ei
ole asetettu vaatimusta Energiamuodon kerroin
Sähkö 1,7
Kaukolämpö 0,7
Kaukojäähdytys 0,4
Fossiiliset polttoaineet 1
Uusiutuvat polttoaineet 0,5
© Sitra
D3 taseraja
26.1.2012 Jarek Kurnitski
TILOJEN
ENERGIANTARVE
Lämmitys
Jäähdytys
Ilmanvaihto
Käyttövesi
Valaistus
Kuluttajalaitteet
Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja
lämmitysenergia
jäähdytysenergia
sähkö polttoaineet
uusituvat ja uusiutumattomat
TEKNISET
JÄRJESTELMÄT
Järjestelmähäviöt
ja -muunnokset
Uusiutuva oma-
varaisenergia
kaukolämpö
kaukojäähdytys
sähkö
Auringon säteily ikkunoiden läpi
Lämpökuorma ihmisistä
Lämpöhäviöt
NETTOTARPEET
OSTOENERGIA
• Ei ole lainsäädäntöä verkkoon syöttämiselle – netto-ostoenergian taseraja jätettiin sen takia pois
• Nollaenergiatalojen tekemiseksi pitää olettaa verkkoon syöttäminen
© Sitra
Ympäristötalo, Viikki
E-luku 85 (2012 vaatimus 170)
26.1.2012
• Kaksoisjulkisivu etelään aurinkopaneeleilla
• Likaisten tilojen iv LTO 80%, SFP 1,4-1,6
• Tarpeenmukainen iv ei toimistotiloissa
• Valaistuksen päivänvalo-ohjaus, 7 W/m2
• Porareikäjäähdytys 11 kWh/(m2 a) tuotto
Energian Osto- Energia- E-luku
nettotarve energia muodon
kWh/(m2 a) kWh/(m2 a) kerroin, - kWh/(m2 a)
Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitys 26,6 32,2 0,7 22,6
Lämpimän käyttöveden lämmitys 4,7 6,1 0,7 4,3
Jäähdytys 10,6 0,3 1,7 0,5
Pumput ja puhaltimet 9,4 9,4 1,7 16,0
Valaistus 12,5 12,5 1,7 21,3
Käyttäjäsähkö 19,3 19,3 1,7 32,7
PV -7,1 1,7 -12,0
Yhteensä 83 73 85
© Sitra
E-luku primäärienergiaindikaattorina
• Lähes nollaenergiamääritelmän mukainen primäärienergiaindikaattori, yksikäsitteiset laskentasäännöt ja laskennan lähtötiedot – D3 2012
• Indikaattorina on laskettava käyttötarkoitusta vastaavalla tavalla
• Lähtökohtana BIM/simulointimalli: tarkennetaan toteutuksen mukaiseksi kalibroidaan käyttövaiheessa
• Määräysten mukaisuuden osoittaminen: E-luku/ostoenergiat ko. rakennustyypin standardikäytöllä
• Tavoitekulutuksen laskelma: Etav-luku/ostoenergiat todellisella käytöllä
• Tavoitekulutuksen seuranta käyttövaiheessa Etot-luku/ostoenergiat kalibroitulla mallilla todellisella käytöllä ja säätiedoilla
26.1.2012 Jarek Kurnitski