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