energy mapping study - special · energy mapping study ... calgary staff to evaluate the link...

92
December 19, 2008 Submitted to: City of Calgary December 19, 2008 Prepared by: Canadian Urban Institute 555 Richmond St. W., Suite 402 PO Box 612 Toronto ON M5V 3B1 Canada Tel: 4163650816 Fax: 4163650650 [email protected] www.canurb.com Energy Mapping Study

Upload: others

Post on 14-Jul-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

  Energy Mapping Study  

 

 

Submitted to: City of Calgary December 19, 2008  Prepared by:  Canadian Urban Institute 555 Richmond St. W., Suite 402  PO Box 612 Toronto ON M5V 3B1  Canada Tel: 416‐365‐0816 Fax:  416‐365‐0650  [email protected] www.canurb.com 

Energy Mapping Study

Page 2: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

  Energy Mapping Study  

  

 

 

 

 

Report Team 

Canadian Urban Institute Glenn R. Miller, Director (Education & Research), FCIP, RPP John Warren, CUI Senior Associate, P.Eng. Brent Gilmour, Project Manager (Education & Research), M.Sc.Pl. Juan Carlos Molina, GIS Specialist, B.A. (Hons.), Agricultural Engineering Simon Geraghty, Engineering Researcher, (Education & Research) Iain D. C. Myrans, Senior Researcher, (Education & Research),  B.A.(Hons.), B.U.R.Pl. 

 Enermodal Engineering Ltd. 

Matt Grace, Division Head, Calgary, B. Eng. (Hons), M.Sc, MIEMA, C.Env, LEED AP Adam Stoker, Sustainable Buildings Consultant, P.Eng., LEED AP  

Decision Economics Consulting Group John Sedley, Principal, Resource Economist 

  Cover Photo Credits Terri Meyer Boake, School of Architecture, Univesity of Waterloo.     Photo Sources  The Vento, Busyby Perkins+Will p. 33 Mount Royal College Roderick Mah Centre for Continous Learning p. 33 Jamieson Place, Enermodal Engineering Ltd. p. 33    

 

  

 

 

Page 3: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

  Energy Mapping Study      

TABLE OF CONTENTS    

Preface .................................................................................................................................................................... 3 

Executive Summary ................................................................................................................................................ 4 

1  Introduction .................................................................................................................................................... 9 

1.1  What is Energy Mapping? ................................................................................................................... 10 

1.2  Integrated Energy Planning ................................................................................................................. 14 

2  The Impact of Energy on Future Development – Why Is it Important? ....................................................... 16 

3  Calgary’s GHG Goal – A Measure For Success .............................................................................................. 19 

4  Local Energy Profile ...................................................................................................................................... 22 

4.1  Provincial Energy Supply Overview ..................................................................................................... 22 

4.2  Municipal Local Production ................................................................................................................. 23 

5  Achieving Calgary’s GHG Goal Through The Built Environment ................................................................... 26 

5.1  Benefits of Energy Efficiency ............................................................................................................... 26 

5.2  Selecting A Building Efficiency Model ................................................................................................. 27 

5.3  Energy Improvement Scenarios .......................................................................................................... 28 

5.4  Applying Building Energy Improvements ............................................................................................ 33 

6  The Need For Alternative Energy Sources .................................................................................................... 36 

6.1  Energy Sources Reviewed for Calgary ................................................................................................. 36 

6.2  Energy Sources Applicable to Calgary ................................................................................................. 43 

7  Locating Alternative Energy Sources – Calgary Energy Map ........................................................................ 47 

7.1  Energy Mapping Process ..................................................................................................................... 47 

7.2  Calgary Energy Maps ........................................................................................................................... 48 

7.3  A Review of Calgary Land uses ............................................................................................................ 53 

7.4  Energy and Calgary Land Use Priorities ............................................................................................... 56 

8  Overcoming Challenges To Implementing the Energy Map: Strategies and Policy Recommendations ....... 58 

9  Conclusion .................................................................................................................................................... 66 

Appendices ........................................................................................................................................................... 67 

 

LIST OF TABLES Table 3‐1 Calgary Trends in Greenhouse Gas Emissions 1990‐2003 .................................................................... 19 Table 4‐1 Existing and New Sources of Energy Generation in Calgary ................................................................. 23 Table 4‐2 Existing Energy Demand for Buildings In Calgary 2008 ........................................................................ 24 

Page 4: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

2  Energy Mapping Study  

Table 4‐3 Forecasted Energy Demand For Buildings in Calgary 2036 Business As Usual ..................................... 25 Table 5‐1 Calgary Energy Map Building Study Typology ...................................................................................... 30 Table 5‐2 Scenario Reductions Overview For 2036 .............................................................................................. 30 Table 5‐3 GHG Increases for Calgary Built Environment ...................................................................................... 32 Table 5‐4 Potential Building Retrofit Actions ....................................................................................................... 34 Table 5‐5 Whole Building and Housing Energy Rating Equivalents ...................................................................... 35 Table 6‐1 GeoExchange GHG Reduction Potential ............................................................................................... 37 Table 6‐2 Solar Air GHG Reduction Potential ....................................................................................................... 38 Table 6‐3 Solar Hot Water GHG Reduction Potential ........................................................................................... 39 Table 6‐4 Energy Sharing GHG Reduction Potential ............................................................................................. 39 Table 6‐5 Sewer Heat Capture GHG Reduction Potential .................................................................................... 40 Table 6‐6 Photovoltaic GHG Reduction Potential ................................................................................................. 41 Table 6‐7 Biomass GHG Reduction Potential ....................................................................................................... 41 Table 6‐8 Wind Turbine GHG Reduction Potential ............................................................................................... 42 Table 6‐9 District Energy GHG Reduction Potential ............................................................................................. 43 Table 6‐10 District Energy With CHP GHG Reduction Potential ........................................................................... 43 Table 6‐11 Cost Per Tonne of C02 Diverted For Each Alternative Energy Source By 2036 ................................... 44 Table 6‐12 Alternative Energy Sources for Calgary By 2036 ................................................................................ 45 Table 6‐13 Summary of Measures Required to Meet Calgary’s 2036 GHG Goal for Buildings ............................ 46 Table 7‐1 Activity Centres Percentage Change New Building Type and GJ/ha ..................................................... 53 Table 7‐2 Corridor Percentage Change New Building Type and GJ/ha ................................................................ 54 Table 7‐3 Developed Percentage Change New Building Type and GJ/ha ............................................................. 55 Table 7‐4 Developing Percentage Change New Building Type and GJ/ha ............................................................ 55 Table 7‐5 Industrial Percentage Change New Building Type and GJ/ha ............................................................... 56  

LIST OF FIGURES Figure 1‐1 Energy Decision Making Approach ...................................................................................................... 12 Figure 1‐2 Integrating Land Use and Energy ........................................................................................................ 13 Figure 3‐1 Forecasted Population Growth and GHG emissions Business As Usual .............................................. 20 Figure 4‐1 Annual Energy Cost In Alberta Residential, Institutional and Commercial Buildings By End‐Use ....... 24 Figure 5‐1 Capital Investment vs. Energy Savings ................................................................................................ 31 Figure 5‐2 Forecasted Population Growth and GHG emissions Max Efficiency ................................................... 32 Figure 7‐1 Business As Usual Map 2036 ............................................................................................................... 49 Figure 7‐2 Ultra‐High Efficiency Scenario Map 2036 ............................................................................................ 50 Figure 7‐3 Location of Alternative Energy Sources Map 2036 ............................................................................. 52  

APPENDICES Appendix A ― Impact of Climate Change in Canada ............................................................................................ 68 Appendix B ― Energy and Mapping Methodology .............................................................................................. 69 Appendix C ― MNECB Energy Efficiency Design Approach for Calgary Buildings ................................................ 75 Appendix D ― Energy Planning in Canada ........................................................................................................... 79 Appendix E ― Energy Model Financial Assessment ............................................................................................. 86 

Page 5: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

3  Energy Mapping Study  

PREFACE As  Canada’s  leading  applied  urban  policy  institute  dedicated  to  identifying, developing and delivering policy and planning solutions to enable urban regions to thrive and prosper, the Canadian Urban Institute is engaged in Canada’s movement to advance market  transformation  for  sustainable communities and  to encourage the application and  integration of energy  into  the decision‐making process at  the municipal  level. The  Institute believes  that  the development of greener buildings and communities provides a tangible way to have a productive conversation about sustainability issues, including energy, affecting urban regions across Canada. Since the  Institute’s  inception,  the CUI has  led a visionary program of  research  into  the long‐term solutions for urban transportation and energy supply challenges.  

In  July  of  2008,  the  Canadian  Urban  Institute  with  our  partners,  Enermodal Engineering and Decision Economics Consulting  Ltd, were  retained by  the City of Calgary to undertake the Energy Mapping Study. The study  is  intended to provide clear  direction  to  the  City  and  inform  the  private  sector  about  the  potential  to reduce  greenhouse  gas  emissions  and  encourage  the  use  of  alternative  energy systems through considerations such as the design of buildings and encouragement of more compact, mixed‐use and high density communities.  

 

Page 6: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

4  Energy Mapping Study  

EXECUTIVE SUMMARY Although Calgary  is one of  the  fastest  growing  cities  in Canada,  its  residents  are deeply committed to preserving a sense of community and ensuring that the city is well positioned to be sustainable  in every sense of the word.   The  imagineCalgary  project has  involved a record number of citizens  in a  long‐term planning  initiative, which has focused ‐ among other priorities ‐ on how to achieve a goal of reducing greenhouse gas emissions  in the face of continued high demand for new buildings and transportation facilities.  

In  response  to  imagineCalgary  the  municipal  government  introduced  11 Sustainability  principles  for  land  use  and  mobility.  Principle  11  ‐  Use  of  Green Buildings  and  Infrastructure  ‐  provided  an  intervention  point  and  introduced  the sustainable energy approach. The 11 Sustainability Principles form the basis of two new  strategic  plans  ‐  the  Municipal  Development  Plan  and  the  Calgary Transportation Plan. 

This energy mapping  study, which was  commissioned by  the City of Calgary  staff responsible for developing the Municipal Development Plan, provides  insights  into the  challenges  involved  in  meeting  these  goals  with  regards  to  the  built environment,  as well  as  recommendations  for  how  best  to  proceed.  The  report does  not  review  the  importance  of  transportation  on  energy  consumption  for Calgary.    The  report  addresses  a broad  range of  topics,  including  the benefits of dealing directly with building efficiency, as well as the location of buildings. 

One  of  the  most  valuable  outcomes  from  undertaking  the  research  and development  necessary  to  produce  this  report  has  been  the  collaborative discussions  with  staff.  The  results  of  these  interactions  are  summarized  in  the report, and taken together, describe the dimensions of the challenges ahead.   

A  key  insight  is  that when  examining  the  potential  to  retrofit  the  existing  built environment, in terms of energy intensity, one energy source cannot necessarily be substituted  for  another. One of  the popular misconceptions  in  the public debate about  energy  consumption  and  the  laudable  desire  to  adopt more  “sustainable” practices,  is  that various  forms of  renewable energy  such as wind power or  solar hot water can simply meet the energy demands of today’s built environment. Most of Canada’s built environment  is designed around energy provided by  fossil  fuels. Switching  to alternative  fuels  is best achieved by  lowering  the energy demand of the  built  environment  first.  This  approach  contributes  to  not  only  reducing greenhouse gas emissions, but also  improves  the economic viability of alternative energy sources.   

Taking  an  integrated  design  approach  from  the  outset,  which  takes  into consideration building orientation, building energy efficiency, placement, choice of materials and mechanical systems, provides the opportunity to build new buildings and develop new communities  reliant on alternative  fuels and  to ensure  that  the energy from alternative sources is provided on a cost effective basis that minimizes 

Page 7: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

5  Energy Mapping Study  

overall environmental emissions.  Improved energy efficiency  increases  the uptake of alternative energy sources  that have higher costs per unit of energy delivered, but  encourage  the  overall  cost  of  energy  to  be  reduced  through  lower  energy demand.  

A  second  benefit  summarized  in  this  report  is  the  value  derived  from  depicting spatially the energy outputs from various land use scenarios.  This will allow City of Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential  to  shift  the  source of energy production  to modes  that provide  the best  fit  between  return  on  investment,  opportunities  to  reduce  or  minimize greenhouse  gas  emissions  and  a  land  use  pattern  that meets  the  test  of  good planning.  For the Centre City and Designated Activity centres, for example, map 7‐3 “Location of Alternative  Energy  Sources”  clearly  illustrates  that  a  critical mass of development can be reliably served by district energy, while other  land‐extensive, lower density forms of development as found  in  industrial parks are well suited to solar air and solar hot water heating. 

Third,  the process of modeling  the economic  cost of various  forms of alternative energy  as  they  relate  to  different  types  of  built  form  and  how  these  variables interact to create higher  levels of building efficiency  is also documented. Although the scale of the investment is large, when reviewed on a building by building basis, the  costs of  the opportunity  to  introduce  improvements  in  energy  efficiency  are feasible, especially when considered over a 28 year period.  

Fourth, meeting the greenhouse gas goal for the built environment requires taking action  now.  To  put  this  in  perspective,  Calgary  needs  to  achieve  a  reduction  to 5,772kt/year  in  greenhouse  gas  emissions  for  buildings  to  meet  the  proposed community target of a 50 percent reduction below 2005  levels by 2050. Achieving the greenhouse gas goal for the built environment requires accommodating in new buildings the expected increases in population and job growth. By acting decisively today, Calgary  can avoid having  to use more extensive measures  in  the  future  to address  greenhouse  gas  emission  challenges  and will  have  a  larger  inventory  of more efficient buildings. 

Finally, the report identifies a range of tools to be developed by the City of Calgary that will facilitate the process of  implementation and understanding between City staff,  Council  and  stakeholders  to  achieve  Calgary’s  proposed  community greenhouse gas target by integrating land use decisions and energy impacts. 

This report establishes an  integrated energy planning approach that draws on the use of quality urban energy systems and is built around three key themes: 

• The first is to use energy efficiency improvements to serve as a catalyst to curb energy demand and reduce environmental risks; 

• The second is to maximize alternative energy systems across Calgary; • The third is to use district energy with a combined heat and power system 

as a means to not only manage the thermal needs of energy consumers at the  building  and  at  the  community  level,  but  to  also  apply  it  as  an 

Page 8: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

6  Energy Mapping Study  

approach  to  meet  community  planning  objectives,  such  as  the establishment of mixed use, compact communities.   

This report sets out a series of recommendations and proposed strategies that can integrate  energy  issues  into  long‐range  planning  considerations  for  Calgary  and encourage  the  faster  uptake  of  energy  efficiency  improvements.  The recommendations provided below  are outlined here  in  summary  format. A more detailed discussion of the recommendations is provided in Chapter 8, “Overcoming Challenges  To  Implementing  the  Energy  Map:  Strategies  and  Policy Recommendations.”  

1. Integrate Energy Objectives into the Municipal Development Plan 

The challenge: The official plan conveys expected policy directions and actions  to staff  and  property  owners  that  can  translate  into  energy  impacts.  Incorporating energy decision‐making into land use decisions requires that all City of Calgary staff have confidence to undertake robust energy planning measures from day one. 

The opportunity:  It  is  incumbent on  the City of Calgary  to attempt  to  reshape  its policies  regarding  energy  issues  in  order  to  prepare  the  city  for  the  expected increase  in  population  growth  and,  in  particular,  limit  the  impact  of  energy consumption associated with new development.  

2. Adopt and Implement the Energy Maps 

The challenge: A major barrier to the application of alternate energy sources is the associated cost  in  terms of  long  term  returns on  investment and  the challenge of coordinating  planning  among  various  agencies  to  advance  alternative  energy sources.  Investors and users of alternative energy systems, such as district energy, require assurance that density targets will be met to ensure the economic viability of a system. 

The  opportunity:  Incorporating  energy  issues  into  the  planning  process  and municipal  bylaws  can  increase  the  interagency  cooperation  in  the  delivery  and development  of  energy  and  provide  important  market  signals  to  investors  and utilities  about  where  to  invest  in  alternative  energy  sources  and  building improvement programs.  

Recommendation: The City of Calgary adopts  the  following energy principles within the Municipal Development Plan: 

• Promote energy efficiency building design and practices for all building  types,  residential,  commercial,  institutional  and industrial.  

• Encourage  planning,  design  and  construction  of  energy efficient  neighbourhoods  and  buildings  to  reduce  energy consumption and to lower greenhouse gas emission, through policies to be incorporated into the plan.  

• Minimize  the  physical  separation  of  activities  and  to encourage  development  density  that  supports  mass transportation and the application of district energy systems.

Page 9: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

7  Energy Mapping Study  

 

3. Encourage Higher Building Standards Using Indicators 

The challenge: Growing importance is being placed upon the quality of cities by the general public and the practical policy implications of this fact suggest the need to develop  appropriate  information  that  can  contribute  to  better  decision making. Achieving  Calgary’s  building  greenhouse  gas  objective  requires  monitoring  how energy is used within a land use relative to the GJ/ha energy targets established. No city wide  system  is  in place  to assess  the  impact of  land use decisions on energy use. 

The opportunity: The City of Calgary can immediately begin to increase the level of awareness and  importance of energy to property owners and developers by using non‐regulatory measures to monitor the energy performance of a building and how it relates to the GJ/ha energy targets for land uses.  

 

4. Leverage Existing Incentive Programs 

The Challenge: The most cited obstacle  for energy efficiency  improvements  is the lack  of  expressed  interest  from  clients  and/or  consumers.  As  with  most  viable products and concepts, market transformation (the process enabling a new product or  concept  to  enter  the  mainstream  through  commercialization)  can  only  be sustained when  there  is a clearly defined market  to provide  the necessary critical mass to normalize a practice. 

The  Opportunity:  The  goal  for  increasing  the  acceptance  of  energy  efficiency activities is not to prescribe or over‐regulate a process. Calgary has the opportunity to  leverage  change  in  the market  place  that  demands  the  application  of  energy 

Recommendation: The City of Calgary adopts the ultra‐high efficiency scenario map and alternative energy sources map as part of the Municipal Development Plan.  The maps  should  be  updated  from  time  to  time,  in  keeping with  the schedule  for updating  the Municipal Development Plan. Consideration should also be provided to developing a version of the maps for on‐line use to promote energy efficiency and conservation. 

Recommendation: The City of Calgary undertakes to: 

• Develop an energy certification process as part of the Land Use Bylaw to be submitted with  applications  for  redesignation,  subdivision,  development permit or building permits that outlines the specific heat  loss calculations and approaches to improve energy efficiency. 

• Prepare a development, building and rezoning sustainability checklist that uses  the  GJ/ha metrics  developed  for  each  land  use  and  the  approach referenced in the Municipal Development Plan.  

Page 10: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

8  Energy Mapping Study  

efficiency  practices  and  ensures  access  to  the  necessary  products,  systems  and techniques. 

 

5. Work  with  the  Community  and  Implement  a  Detailed  Financial Implementation Strategy 

The challenge: Although residents and businesses of Calgary might have expressed interest  in  reducing  reliance  on  centralized  energy,  encouraging  local  alternative energy  generation  and  reducing  greenhouse  gas  emissions,  commitment  to supporting energy development can diminish when people are expected to pay for upgrades to private property or incur a “premium” cost for investments or the use of local alternative generated energy.  

The  opportunity:  A  review  of  other  jurisdictions  that  have  successfully implemented energy initiatives by adhering to the principles of an integrated urban energy  system  can encourage high‐quality, higher density development; generate jobs; add  to  the  tax base;  contribute  to persuading  car‐dependent  commuters  to use  alternative  transportation  options;  and  achieve  affordable  energy  self‐reliant communities  fuelled  by  alternative  energy  sources. With  firm  planning  controls, innovative  regulations,  and  appropriate  incentives,  Calgary  can  use  the  energy maps to develop a visionary planning and investment strategy that places energy at the forefront of planning for the 21st century city. These elements would provide a major building block for a community energy plan.  

Recommendation: The City of Calgary prepares a Community Energy Plan. The plan should undertake to: 

• Develop  a  detailed  financial  implementation  strategy  for  the  Ultra‐High Efficiency Map and Alternative Energy  Sources Map. The  strategy  should include  the  potential  to  use  local  improvement  charges  to  accelerate energy efficiency building retrofits and improvements in new buildings. 

• Develop detailed policy direction  for achieving the GJ/ha metric prepared for  each  land  use  in  area  structure  plans,  community  plans  and  area redevelopment plans. 

• Provide an assessment of the regulatory authority required for the City of Calgary to administer higher levels of energy performance standards for all building applications. 

• Prepare a comprehensive review of  transportation emissions and  identify the  specific  measures  needed  to  achieve  equivalent  reductions  in transportation to meet the 2050 GHG goal.  

 

b i d

Recommendation: The City of Calgary advance  the development of proposed incentives  for  encouraging  green  building  for  all  building  types  (residential, commercial,  institutional  and  industrial)  and  that  the  incentives  be  targeted towards land use areas that have the highest GJ/ha. 

Page 11: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

9  Energy Mapping Study  

 Keeping  Fueled  –  Temporary Supply Disruption    

 

 

 

 In August of 2008, over 100 gas stations and  backup  generators  ran  out  of  gas across  Alberta  and  British  Columbia.  In preparation for retooling Petro‐Canada’s refinery  in  Edmonton  to  accommodate the  processing  of  crude  and  heavy  oils from  the Alberta oil  sands,  the  refinery was expecting to shut down for 60 days, while  its  catalytic  cracker  continued  to produce 135,000 barrels per day of fuel. Just as the rest of the plant prepared to close,  the  catalytic  cracker  experienced an unplanned outage.    For nearly  three weeks, 120 specialized workers repaired the  unit,  as  hundreds  of  trucks  were used  to  ship  200,000  liters  per  day  of fuel  from  Vancouver  to  support  gas stations.  After  a month  of  repairs,  the fuel distribution in Alberta and B.C.  was still “not out of woods.”  Source:  Globe  and  Mail.  Petro‐Canada shortage leave pumps dry. August 22, 2008. Picture source: www.chemco‐elec.com  

    

1 INTRODUCTION Across Canada, an  increasing number of municipalities are engaged  in the process of  sustainable energy planning. The approach  taken by each community  is varied relative to their overall understanding of sustainability  issues, planning capabilities and  specific  energy  objectives. What  is  becoming  evident  is  the  importance  of interconnecting  urban  form  and  land‐use  with  an  understanding  of  energy consumption and supply issues. At the same time, there is an increased recognition that  regardless of  a municipality’s  access  to  immediate  fossil  fuel  sources,  in  the future  inexpensive  energy  for  use  for  hot  water,  space  heating  and  cooling, transportation and electricity generation will be at a premium in the years ahead. It is also well understood that within the  lifecycle of buildings and urban form being developed  today, changes will be  required  in how we heat,  cool and power built spaces  and  transport  people. Municipal  long‐range  planning  for maintaining  and encouraging  access  to  secure,  affordable  sources  of  energy  will  be  required  to ensure  that  a  community  maintains  its  economic  attractiveness  and competitiveness.  

 This report: 

• Explains the impact of energy on land use decisions; • Examines  the  current  sources  of  energy  supply  and  expected  energy   

demand for Calgary; • Identifies the potential to reduce energy consumption and environmental 

emissions in the built environment; • Explores  the  appropriate  alternative  energy  sources  for  Calgary  and 

identifies the potential location for application; • Reviews cost implications for improving energy performance; and, • Outlines the challenges and a suggested course of action for implementing 

the energy map with a focus on land use planning. 

As a result of resource constraints, timing and a requirement to focus on access and application  of  alternative  energy  options,  this  report  only  addresses  the  energy related  impact  of  the  built  environment.  The  report  does  not  address  the significance and importance of transportation on energy consumption for Calgary.  

As part of the  land use process underway  for Plan  It Calgary, there  is an  inherent focus to increase the use of an alternative transportation hierarchy that encourages land uses and urban form that reduces energy consumption by supporting walking and  public  transportation  first  and  single  automobile  trips  last.    As  the  private vehicle  can  consume  almost  twice  the  energy  per  passenger  per  kilometre compared  with  a  train  and  nearly  four  times  that  of  a  bus,  the  energy  and associated pollution of  an urban  layout  that  supports  the  reduction  in  car use  is central  to  meeting  the  City  of  Calgary  goal’s  of  creating  a  healthier  and  more 

Page 12: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

10  Energy Mapping Study  

liveable city, as well as meeting the proposed community greenhouse gas targets.1 This  report  complements  an  alternative  transportation  hierarchy  and  the subsequent reductions  in energy consumption and greenhouse gas emissions that can result from fewer trips.  

1.1 WHAT IS ENERGY MAPPING? 

Energy mapping works to provide municipalities and utilities with a way to evaluate existing energy use in a community and plan to improve energy efficiency through the use of better building standards and alternative energy sources. This approach builds on accepted practices for the reduction  in energy use  in efficient ways such as through reduced demand for transportation, and space heating and cooling. The mapping process also incorporates the idea that to maximize the energy efficiency of  urban  form  requires  going  beyond  integrating  transportation  issues, improvements to and orientation of the built environment, as well as ensuring that “unavoidable”  energy needs  are met  in  the most  effective way possible,  such  as obtaining the highest and best use from a given primary‐energy input.2  

Inputs  to  energy mapping work  to maximize  the  amount  of  energy  savings  and reduction in greenhouse gas (GHG) emissions from strategically planned community intensification, re‐urbanization and green  field development. The mapping  itself  is the means by which these enhancements are communicated.  

Relating  Energy  to  Land  Use  Planning  

There are two ways that municipalities can become  involved  in sustainable energy planning. One is directed at planning for and providing energy services directly. The other approach requires the development of energy policy that promotes responses to important, but non‐ energy municipal issues that happen to also promote energy sustainability.  These  issues  can  include  affordable  housing,  taxation,  traffic congestion,  air  quality,  and  infrastructure  improvements.  All  of  these municipal issues are also energy  issues, because  there are different ways  to approach  them that can  result  in very different  levels of energy consumption, as well as  types of energy supply. 

Energy  has  generally  been  the  purview  of  specialized  agencies  including  local utilities  (which  have  a  regulated  requirement  to  meet  power  demands)  and provincial  agencies  acting  in  the  interest of  the  community  as  a whole.  In many ways,  the  planning  community  across  Canada  is  actively  involved  with  energy 

                                                                 1 Koen Steemers. 2003. “Energy and the city: density, buildings and transport.” Energy and Buildings  Vol. 35 pp 3‐15. 2 The concept often used to refer to highest best use is Exergy. Exergy can be thought of as a measure of usefulness or quality or value of energy or matter. Exergy is generally defined as the maximum work which can be produced by a flow or system as it is brought into equilibrium with a reference environment. 

 

Page 13: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

11  Energy Mapping Study  

 Optimal Size of Generating Plants              Since  the early 1980s,  advancements  in centralized generation and  transmission have  slowed.  Generally,  larger‐scale power production plants,  including  coal fired‐systems,  achieve  low  levels  of energy  efficiency  anywhere  from  30‐45 percent.  This  means  that  nearly  two‐thirds of the energy produced during the combustion of a fuel is rejected  into the atmosphere.  At  the  same  time, advancements  in  generating  and rejected heat capture technologies have reduced  costs  through  smaller  scale distributed plants, such as district energy with  CHP  capacity  and  anaerobic digestion which can be located close to a community.   Picture  Source:  Charles  E.  Bayless  (1994). ”Less  is  More:  Why  Gas  Turbines  Will Transform  Electric  Utilities.”  Public  Utilities Fortnightly, Vol. 12(1). 

    

management through the application and use of various principles of planning, such as new urbanism and smart growth.   

These  schools  of  urban  thought  have  addressed  air  quality  and  GHG  emissions associated with automobile use and have focused on establishing communities that support  public  transportation,  capitalize  on  the  use  of  existing  infrastructure, encourage a healthier and more balanced lifestyle in terms of walking and activities that support the full life cycle by offering a range of housing.   

The arrangement of land uses and the form of the built environment has an impact on intrinsic energy needs. For instance, a low‐density community tends to generate a higher demand  for  travel, while a high‐density community has a more compact pattern of mixed  land uses  that minimizes  the  separation of uses.  Similarly, built form,  such  as  ground‐oriented  development  or  low‐rise  apartments,  can  require less energy than a single detached house.  

It  is now understood that the design of urban form  in terms of  infrastructure and land use patterns, affect the energy throughput that influences demand for energy services. There are several reasons for this.  

First,  energy  analysts  have  traditionally  focused  on  energy  policy  efforts  for buildings and equipment to apply demand side management measures that  lower energy  consumption  or  balance  demand  more  efficiently.  Today,  analysts  are closely examining  the  role of urban  infrastructure and urban  land use patterns  to better determine energy consumption levels.3   

A second reason  is that energy use  is now being related to environmental  impacts associated  in  urban  areas.  For  communities,  the  concern  of  better  air  quality  is linked to the specific energy related emissions such as the reduction in automobile use and the substitution of coal fired power plants with alternative, clean fuels. The issue of climate change is also being linked to the use of energy in urban centres.4  

Lastly, as demand continues to  increase for energy  in Canada, the development of new  large  scale  centralized  generation  and  transmission networks has  slowed  as efficiencies  in terms of power generation  from smaller systems has  improved and the  level  of  public  support  for  large  scale  systems  dependent  on  fossil  fuel  has decreased.  Since  the  early  1980s,  the  costs  associated with  the  development  of smaller‐scale  technologies, such as cogeneration of heat and electricity, especially when heat demands  are  concentrated, have  gone down  in  constant dollar  terms (see side bar).   

Energy  Decision  Making  Hierarchy  

Careful  land  use  planning  requires  that  both  building  energy  and  transportation energy use be minimized  so as  to achieve an overall energy demand goal. This  is one  of  the  key  principles  of  improving  energy performance  and  reducing  overall                                                                  3 Mark Jaccard, Lee Failing and Trent Berry. 1997. “From Equipment to Infrastructure: Community Energy Management and Greenhouse Gas Emissions Reduction.” Energy Policy. Vol. 25 No. 13 pp. 1065‐1074.  4 Ibid. 

Page 14: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

12  Energy Mapping Study  

energy  demand.  This  process,  while  it  might  seem  intuitive  requires  careful consideration  of  how  to  properly  integrate  various  land  use  policies  and  non‐regulatory measures to achieve optimum energy and sustainable design.  

Most energy related decisions and impacts within a municipality start from specific policies and  land use decisions. As  identified  in Figure 1‐1, energy decision making occurs  through  an  interconnected  and  hierarchical  approach.  Land  use  and infrastructure decisions tend to have longer term impacts that occur over decades. Decisions at  the  land use  level also  influence  the various decisions at the building and site level, which in turn impacts the types of energy‐using equipment selected for a building on a yearly basis.  

FIGURE  1‐1  ENERGY  DECISION  MAKING  APPROACH5 

Source: Jaccard et. al. 1997. 

Urban  land uses, especially urban  form,  influences all aspects of energy use as a result  of  density  and  land‐use  patterns  impacting  the  type  of  energy  service requirement, such as commuting distances, transportation systems, energy supply systems and alternative energy systems.  This means that land use decisions made today  have  a  direct  impact  on  a  building  owners  options  for  energy  using equipment for years to come.  

A good example  is district energy. Most district energy systems  that are serving a variety  of  community  users  tend  to  be  more  efficient  in  the  distribution  and management of energy, as well as economically feasible where there is a relatively constant demand for their service, such as  in a high density, mixed  land use area.   Decisions made  at  the  regional  or municipal  development  plan  level  in  terms  of density and mix of uses can have a direct impact on the viability of district energy in terms of ensuring a minimum heat load.   

Land use decisions directly  influence density  and,  subsequently  the heat  load,  as well as cost effectiveness of a system. At the same time, planning decisions at the 

                                                                 5 The concept of the energy decision making hiearch and modified diagram framework is sourced to Jaccard et. al. 1997.  

 

Infrastructure and Land Use (density, mixed use, energy supply infrastructure, transportation network)

Building and Site Design (industrial processes, transportation modes etc.)

Energy Use Equipment (boilers, vehicles, industrial equipment)

Page 15: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

13  Energy Mapping Study  

district  or  neighbourhood  level  related  to  the  location  and  zoning  of  a  district energy  plant  can  influence  the  viability  of  a  system.  For  instance,  ensuring easements  are maintained  for  infrastructure  of  a district  energy  system,  such  as piping,  can  reduce  capital  costs. Decisions  related  to  rights‐of‐ways and  servicing access can be protected during the planning process for a new subdivision. Finally, buildings need  to be compatible  for a district energy system and  require  that  the appropriate  building  and  design  controls  are  put  in  place  from  day  one  of  an initiative.  A  building’s  heat  supply  system  has  a  direct  influence  on  the  energy performance and on the mechanical, as well as architecture design of the building, which can alter the equipment selections for a building. 

Subsequently, decisions  in terms of energy efficiency of a building and alternative energy  sources does  start with  the  long‐term  land use policy  choices made by  a community and are within realm of a municipal governments’ influence. 

Density ,  Land  Use  and  Energy6   

Common objectives of higher density, mixed use development are the cornerstones for  creating  liveable  communities,  but  also  offer  energy‐related  co‐benefits.  For instance,  increasing  density  through  building  depth,  height  or  by  increasing compactness can affect the energy used within a building. More compact land use can permit  the sharing of  infrastructure, such as street  lighting and water supply, which  can  reduce  the  per  capita  energy  use  associated  with  construction  and operation and can also benefit  from economies of scale  in comparison  to a more dispersed urban configuration. Figure 1‐2 provides an overview of the relationship between various land use decisions, the associated structural aspects of urban form and related energy outcomes. 

FIGURE  1‐2  INTEGRATING  LAND  USE AND  ENERGY 

Source: Owens. 1992.  

                                                                 6 The concept of integrated energy planning is sourced to Susan Owens. 1992. “Land‐Use Planning for Energy Efficiency.”Applied Energy. Vol.  43 pp. 81‐114. Concepts used for this section were also derived from Katherine Sparkes. 2008. Energy Integrated Land Use Planning: Lessons from Toronto’s West Don Lands. Master’s Report. School of Urban and Regional Planning, Queen’s University.  

Site & Building

Street & Block

District/ Neighbourhood

Municipality/ Region

Structural Variable• Design• Orientation• Form• Siting• Layout• Density• Diversity• Clustering (e.g. employment, commercial etc)

• Size

Energy Outcomes

Low intrinsic energy demand in built environment

Support residential demands for energy (Solar PV, DE etc)

Page 16: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

14  Energy Mapping Study  

A common mutual benefit of increasing land use intensity is the amount of energy required  per  hectare  of  land  for  space  heating  and  cooling.  When  a  building envelope  is  less  exposed  relative  to  a  buildings  volume,  less  energy  is  usually required for the heating and cooling of a structure. This generally applies to  larger scale  high  rise  residential  and  commercial  office  buildings  that  are  in  close proximity.   

For  housing,  spacing  heating  can  be  most  affected  by  design.  In  a  dispersed development, such as a green field area, where greater solar access exists, passive solar design  (using  the suns natural energy  to heat) can be captured and used  to reduce  space  heating  demands  and  the  overall  energy  demand  of  a  house.  In compact urban environments, extensions and additions of floors to a housing unit can  increase  heating  and  lighting  loads.  For  instance,  obstructing  a  passive  solar house  can  increase  heating  demands  by  as much  as  22  percent.7    In  an  urban environment, the solar potential for housing can be quickly reduced as a result of obstructions and constraints on orientation.  

For high  rise buildings,  residential or commercial,  the opportunity  to apply a mix‐mode servicing, such as avoiding air conditioning, using mechanical air supply and increasing  daylight,  are  complementary  in  terms  of  building  form  implications. Increasing  the  height  or  the  depth  of  a  building  is  dependent  on  the  types  of heating, cooling and ventilation systems used. Generally, in an urban environment, the  opportunity  to  increase  height  over  depth  can  provide  an  opportunity  for passive  heating  and  natural  light  penetration,  but  can  also  contribute  to  overall energy consumed in a building.  

While  density  and  increased  land  intensity  can  improve  efficiencies  in  energy consumption,  especially with  regards  to  energy  consumption  for  transportation, careful  consideration  is  also  required  about  how  density  can  limit  the  potential application  of  alternative  energy  sources.  A  good  example  is  photovoltaics.  In compact urban environments,  the opportunity  to use photovoltaics and  solar hot water  collectors  will  be  reduced  as  a  result  of  buildings  not  being  designed  to benefit from maximum solar orientation and shadowing due to natural and human‐made  obstructions.  Also,  integrating  larger  solar  hot  water  plants  in  an  urban environment becomes  increasingly challenging because of fixed  land requirements and access to rights of way for transmission versus integrating a system into a new residential subdivision where each house can serve as a collector for the system.  

1.2 INTEGRATED ENERGY PLANNING 

Energy  focused  urban  development  policies  can  contribute  to  not  only  reducing intrinsic energy demands of land use and built form, but also improve the efficiency with which  these needs are met. This can  lead  to  reductions  in  resource use and reduced emissions into the environment. The appropriate measures involve the use of  planning  at  the  neighbourhood  level  in  terms  of  land  use  design,  as well  as building  layout  and  orientation,  the  use  of  alternative  energy  sources  for  local 

                                                                 7 Ibid. 

Page 17: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

15  Energy Mapping Study  

power  generation  and  building  design  codes.  The  important  requirement  is  that they all need to work simultaneously to achieve reductions in energy use and GHG emissions.  

Although  the  approach  taken  to  achieve  a  “sustainable”  urban  energy  system  is debatable, the common denominator for cities that have adopted successful energy reduction measures is the inherent requirement to vastly improve energy efficiency in  the  built  environment  first  compared  with  conventional  practices.  This  is considered  the  key  to  reducing  energy‐related  impacts  to  the  environment  and eliminating  the wastage of energy sources, but  is also critical  for encouraging  the widespread use of alternative energy sources that may have higher costs per unit of energy delivered compared with conventional  sources. While  the cost per unit of energy may be higher, total costs for energy are reduced because of  lower energy demand. 

Achieving  these  energy  efficiency  gains  requires  a  strategic  approach  one  that switches from a supply oriented policy to a demand side approach designed around integrated energy planning as outlined in this report and supports the principles of an  integrated  urban  energy  system  (IUES).8  In  an  integrated  system  approach  to land use, energy,  transport, water and water management places emphasizes on achieving the efficiency for systems as a whole, and encouraging the development of  resources  that  are  efficient,  adaptable,  resilient  and  sustainable.    This  can include: 

• Encouraging compact mixed use developments of energy efficient residential, commercial and industry buildings that support efficient, accessible and affordable energy water, waste and transportation infrastructure; 

• Developing district energy and the use of cascading energy between  industrial, commercial and residential developments; 

• Using smaller scale urban energy systems that are dispersed across a region, integrated and are closer to and within buildings; 

• Increasing the contribution of local energy sources: solar; geothermal; biomass; wind; hydro and supplemented by larger scale electricity and gas grids as necessary.  

 

                                                                 8 Canadian Gas Association. 2008. Integrated Energy Systems in Canadian Communities: A Consensus for Urgent Action.  

Page 18: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

16  Energy Mapping Study  

 Mainstreaming  Solutions  for Climate  Change  and  Energy Reduction      

In  2008,  the  City  of  Toronto  passed  its climate  change  plan  entitled,  Climate Change,  Clean  Air  and  Sustainable Energy  Action  Plan:  Moving  from Framework  to  Action.  It  is  among  the first  plans  in  Canada  to  connect  the importance  of  energy  reduction  in  the built  environment  with  GHG  emissions at a city‐wide level.   The  plan  introduces  a  number  of Toronto‐wide  objectives,  including: doubling  the existing capacity of district energy systems, requiring precinct plans to have energy plans, and  implementing the  Toronto  Green  Building Development  Standard  (a comprehensive  document  providing targets,  principles  and  practices  to achieve  sustainable  development  in buildings and urban design) through the use  of  recently  enacted  planning powers,  including  zoning  with conditions.  

 

    

2 THE  IMPACT  OF  ENERGY  ON  FUTURE DEVELOPMENT – WHY IS IT IMPORTANT?  

Planning for energy can contribute to the sustainability of a community by reducing energy  costs  and  lowering  environmental  impacts.  Over  the  last  5  years,  urban energy  demand  has  risen  nearly  20  percent  in  Canada.9    It  is  expected  that  a growing population and increased urbanization will only continue to place pressure on  existing  energy  and  transportation  infrastructure  for  municipalities.  Energy consumption  is  by  definition  local  and  urbanization  is  an  important  factor  for economic development and growth, which in turn sets the conditions of higher per capita energy consumption. Energy use, supply and demand both depend on and can help shape  the design and development of a community and  the activities of citizens,  businesses,  institutions,  government  agencies  and  industry.  There  are  a variety of reasons for this, including a response to climate change, energy security, maintaining community competitiveness, and transitioning to new energy sources.  

Response  to  Climate  Change  

There is now broad consensus among scientists and politicians that to avoid the full effects of climate change, including floods, droughts, extreme heat, rising sea levels and other problems, GHG emissions need to be reduced (see Appendix A for Impact of Climate Change in Canada).  On average, buildings emit 35 percent of GHGs into the  atmosphere,  generate  10  percent  of  airborne  particulate matter,  utilize  33 percent  of  Canada’s  total  energy  production,  consume  50  percent  of  Canada’s natural  resources,  use  12  percent  of  non‐industrial  water  consumption,  and produce 25 percent of Canada’s  landfill waste.10 According  to  the Commission  for Environmental  Cooperation  (CEC),  Canada’s  residential  building  sector  is  also responsible  for  approximately  80 megatons  of  CO2  emissions  annually,  and  the commercial  building  sector  for  approximately  69  megatons  of  CO2.

11    The connection  between  energy  consumption  and  GHGs  has  largely  focused  on transportation, one of the fastest growing areas for GHG emissions in Canada, and many planning initiatives are directed at reducing the need for single occupant trips and encourage mass transit. At the same time, energy use in the built environment accounts  for  over  30  percent  of  all  energy  used  in  Canada.  The  awareness  and growing concern in Canada about climate change is helping to shift the building and planning professions to explore the role for energy reduction and alternative use in the built form of a community development.   

 

                                                                 9 Canadian Gas Association. 2008. Quality of Urban Energy Systems of Tomorrow. Integrated Energy Systems in Canadian Communities: A Consensus for Urgent Action.  10 Canadian Urban Institute. 2005. Mapping the Sustainability Supply Chain for Sustainable Building Practices in Canada.   11Secretariat of the Commission for Environmental Cooperation (CEC). 2008. Green Building in North America: Opportunities and Challenges. Available Online: http://www.cec.org/files/PDF//GB_Report_EN.pdf.  For Canadian highlights see: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2008‐03/cfec‐pgb031108.php 

Page 19: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

17  Energy Mapping Study  

 Germany  2020  Energy  Plan  – Energy  Efficiency  and  Renewable Energy   Germany has committed to switching to 100  percent  renewable  energy.  In  a landmark  report,  the  Germany  Energy Agency  noted  that  the  period  lasting until  2020  would  be  the  “make‐or‐break” years for achieving an affordable transition  to  renewable  energy.    In moving towards a renewable clean grid, the  German  Energy  Agency  has identified that the best potential to save energy  is offered through the retrofit of existing buildings. Over 75 percent of the building  stock  in Germany  is older  than 1978  and  about  50  percent  of  all buildings are expected to be refurbished over  the  next  20  years.  The  challenge identified  was  that  improvements  in energy efficiency are expected to be too low.  The  Germany  Energy  Agency  has now  embarked  on  Europe’s  largest retrofit  program  requiring  homes  to have an energy consumption label and a requirement to replace boilers and other measures to improve efficiency. A major component  of  the  retrofit  program  is ensuring  that  the  goal  of  having  15 percent  all  energy  required  for  new buildings and 10 percent for refurbished buildings  supplied  from  renewable energy sources is met.  Source:    German  Energy  Agency. http://www.dena.de/en/           

 

 

Energy  Security  

The  demand  for  energy  across  Canada  is  continuing  to  grow.  Canada’s  energy consumption has risen by nearly 10 percent between 1990 and 2007. This is related to  the  widespread  use  of  electronic  equipment  for  businesses  and  residential applications, and the growth of energy  intensive  industries such as the oil and gas sectors.  It is also well understood that meeting Canada’s energy needs will require a different broad based approach that accommodates expectations for reductions in energy supply as various forms of new fossil fuel sources begin to diminish over the next 100 years  including coal, natural gas and oil. The total Canadian demand for  electricity  is  projected  to  grow  to  593  terawatt‐hours  (TWh)  by  2020.12  A dependable supply of energy  is seen as critical for the financially secure operation of Canadian cities and is leading to an increased focus on reducing energy demand in  the  built  environment  through  improved  performance  standards  for  buildings and through incorporating local alternative, as well as renewable sources of energy.  The use of local energy production also provides the added energy security benefit for  municipalities  to  reduce  reliance  on  remote  sources  of  energy  or  energy delivered through a grid distribution system.  

Community  Competitiveness  

Energy, in all of its forms, is a fundamental building block for any activity from food to manufacturing  in a community. It  is also among the greatest expenditures for a community.  For  nearly  every  dollar  that  is  invested  into  energy  consumption, whether  directly  or  indirectly,  is  a  dollar  that  cannot  be  used  to  enhance  and improve a community to make  it more competitive.13 As world demand continues to  increase  and  supplies  of  energy  become  more  difficult  to  access  and  more expensive to produce, there is general agreement that the price of energy will rise. Affordable energy  is essential to a prosperous economy and to the  local economic health and well‐being of communities.  It  is expected  that  jurisdictions around  the world  without  a  large  supply  of  indigenous  energy  will  be  more  vulnerable  to volatile  energy markets.  Countries, world  organizations,  and  Canadian  provinces and municipalities  are  beginning  to  assess  various  energy  risks  beyond  just  the generation or delivery of energy for the planning and development of communities. 

Transitioning  To  New  Energy  Sources  

Planning has an important, direct role in helping to allow communities to transition from  a  fossil  fuel  based  economy  to  a  low  intrinsic  energy world  particularly  in terms of building and land use. Power density is a measure that captures the rate of energy produced per unit of earth area and is usually expressed in watts per square 

                                                                 12 Brent Gilmour & John Warren. 2007. The New District Energy: Building Blocks for Sustainable Building.  Canadian District Energy Association. Available online: http://cdea.ca/resources/highlights‐guidelines‐and‐manuals.  13 Ken Church. 2006. Factor‐2 Community Planning Guide. Natural Resources Canada. Available online: http://www.smartgrowth.ca/cep_e.html 

Page 20: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

18  Energy Mapping Study  

metre  (W/m2).  Fossil  fuel  deposits  are  by  far  the  highest  concentration  of  high quality energy in the magnitude of 102 or 203 W/m2. Hence only a small land area is needed  to  supply  vast  amounts  of  energy.  Today’s  power  producing  techniques ensure  that we  receive  fuels  and  electricity with power densities  that  are  in  the order of  one to three magnitudes higher than regular power densities required to operate our buildings and cities.   A  future solar based society or one powered by other  alternative  sources  would  be  at  best  only  able  to meet  the  small  power densities  used  in  residential  development.  This  means  that  in  order  to  supply residential  development  such  as  a  single  detached  house with  electricity would require an entire roof  to be covered, while a supermarket would need a  field  ten times larger than its own roof.14  Both solar energy and wind energy have very low energy  densities, which  results  in  both  energy  sources  having  a  relatively  small quantity of energy available from each square meter of the earth’s surface area. 

Canada’s built environment  is designed around access to energy provided by fossil fuels.  Switching  to  alternative  and  renewable  fuel  sources will  require  creating  a built environment  that does not have a high  level of energy  intensity and can be supported  by  lower  power  densities  available  through  renewable  technologies, such as photovoltaics, solar hot water and wind. This will involve a requirement to have new buildings to be designed to high  levels of energy efficiency and existing buildings  retrofitted  to  lower  energy  consumption.  There  is  now  increasing appreciation  amongst  planners  and  building  designers  for  the  importance  of reducing  the  energy  density  in  the  built  environment  through  improvements  in efficiency and the reduction in the need for power.   

                                                                 14 Vaclav Smil. 2006. 21st “Century Energy: Some Sobering Thoughts”. OECD Observer Vol. 258/59 pp 22‐23 

Page 21: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

19  Energy Mapping Study  

 Private  Sector  Energy  Planning  In The McKenzie Subdivision  In  an  established  suburb  of  Calgary, Carma  Developers,  in  conjunction  with Avalon Master  Builders,  ATCO  Gas  and Ener‐West  Geo‐Energy  Services  have begun construction on a master planned neighborhood.    Avalon Master  Builders is  promoting  its  vision  to  build  100 percent of their homes as Net‐Zero at no additional cost to the consumer by 2015.  Avalon  has  planned  to  construct  40 homes  between  1400  and  1600  square feet  and  4  homes  between  2200  and 3000  square  feet,  which  will  be  both heated  and  cooled  using  a  geothermal loop and a gas powered geothermal heat pump.  Solar  hot  water  heating  will provide  for  a  portion  of  domestic  hot water  needs  in  the  home,  with  the balance  being  provided  by  natural  gas. The  geothermal  loop  will  result  in  an annual  utility  savings  of  between  $500 and $1500 annually and the use of a gas powered  rather  than  an  electrical  heat pump  will  cut  operating  costs  by  an additional  40  percent.  On  top  of  the geothermal and solar hot water systems, Avalon is constructing these homes with energy  efficient  walls  and  insulation (including  the  foundation),  as  well  as windows, dual flush toilets and low flow showers and faucets.   Source:www.mckenzietowne‐community.com and http://www.avalonmasterbuilder.com/ 

 

  

3 CALGARY’S  GHG  GOAL  –  A  MEASURE  FOR SUCCESS 

Calgary has  established  an  ambitious, but necessary proposed  target of  reducing GHG emissions at  the community  level  to 50 percent below 2005 by 2050.15 This would  bring  Calgary’s  total  GHG  emissions,  including  transportation,  down  from approximately 17,180kt/year to 8,590kt/year.16  

Since  1990,  as  the  population  has  grown,  Calgary’s  GHG  emissions  have  also increased.  Between  1990  and  2008,  Calgary’s  population  has  increased  by  over 300,000  people  and  has  achieved  an  average  annual  growth  rate  of  nearly  2.8 percent.17 Calgary has  the difficult  task of having  to  reduce  its overall energy and GHG emissions  for  the built environment over  the next 28 years as  the economy continues to grow.  An increase in population of 685,000 between 2008 and 2036 is forecasted,  which  will  result  in  many  new  residential,  as  well  as  facilities  to accommodate  new  jobs  (see  Figure  3‐1).  A major  source  of  GHG  emissions  for Calgary  is the reliance on grid electricity, which  is mainly produced from coal fired plants.  

TABLE  3‐1  CALGARY  TRENDS  IN  GREENHOUSE  GAS  EMISSIONS  1990‐2003    

Emissions Source  1990 (kt)  2003 (kt)  Percent Change 

Buildings 

Electricity  5,435  7,153  31.6% 

Natural Gas  2,884  3,846  33.4% 

Building Sub Total  8,319  10,999  32.2% 

Other 

Vehicles  3,849  4,941  28.4% 

Waste Disposal  307  443  44.3% 

Urban Forest  ‐13  ‐13  0% 

Total  12,462  16,370  31.4% 

Source: Modified Table. 2003 Calgary Greenhouse Gas Emissions Inventory. 

To account for the fact that this report covers a period that is slightly less than that used to calculate the goal for reductions in emissions, the estimates have been pro‐rated to a 31 percent reduction in GHG emissions for the built environment.  

                                                                 15 The proposed community greenhouse gas emissions reduction target was established in the Calgary Climate Change Action Plan Target minus 50 report. The proposed community target is not an officially adopted policy objective of the City of Calgary. Two targets were established, 20 percent below the 2005 level by 2020 and 50 percent below the 2005 level by 2050. The report is avaliable on‐line at www.calgary.ca 16 City of Calgary. 2003. 2003 Calgary Community Greehouse Gas Emissions Inventory. Avaliable on‐line: www.calgary.ca. Note all GHG emissions for the City of Calgary include all emissions for buildings, transportation and the urban forest. 17 City of Calgary, Calgary & Region Socio‐Economic Outlook: 2008‐2013 

Page 22: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

20  Energy Mapping Study  

 Goteborg, Sweden           Over  the  late  20  years,  Goteborg, Sweden  has  used  waste  heat,  organic municipal  waste  and  geothermal  as energy  sources  to  operate  a comprehensive  district  energy  systems to provide domestic hot water and space heating  to 90 percent of  the apartment buildings  and  over  9,000  single  family homes  in  the  City.  Recently,  Goteborg expanded  its  district  energy  system  to include  a  CHP  system  to  supply  30 percent  of  the  City’s  power  needs.  A core  goal  of  the  Goteborg  strategic energy plan  is engaging  local citizens  to activity  contribute  to  reducing  energy consumption.  The  City  holds  regular training  sessions  with  planners  and designers  to  ensure  new  development are  in  line with  the energy goals of  the City. Currently, Goteborg is investing in a wind farm 75 km south of the City and is expanding  its  options  of  higher  order transit to encourage further reduction in NOx emissions from traffic by 55 percent by 2010.   Source: www3.goteborg.se Picture Source: www.destination360.com 

 

The building GHG emissions for Calgary in 2005 were approximately 11,543kt/year. In  order  to  achieve  a  proportional  GHG  emissions  goal  for  buildings  by  2036,  a reduction  in  GHG  emissions  to  7,567kt/year  would  be  required.    To  meet  the ultimate  2050  community  proposed  target  of  a  50  percent  reduction,  which  is approximately  5,772kt/year  for  buildings,  a  further  reduction  of  1,795kt/year  in GHG emissions would be required to achieve the 2050 target.  

The process  for  reducing GHGs emissions established  in  this  report  suggests  that beyond 2036, Calgary can continue  to move  towards  its 2050 objective.18   At  the same  time,  successfully  meeting  Calgary’s  overall  proposed  community  GHG reduction  target  will  also  require  significant  reductions  in  GHG  emissions  from automobile  transportation.  Calgary’s  2005  transportation  emissions  were approximately  5,185kt/year.  An  equivalent  reduction,  as  proposed  for  buildings, would require transportation GHG emissions to be reduced to 3,401kt/year in 2036 and  to  2,592kt/year  in  2050.    If  transportation  emissions  cannot  be  reduced  to these  levels, further  increases  in GHG reductions for buildings will be required for Calgary  to  meet  the  2036  and  2050  goals.  A  comprehensive  review  of transportation  emissions  similar  in  scope  to  the  review  prepared  for  the  built environment would allow Calgary to identify the specific measures that need to be implemented to ensure that the 2036 and 2050 transportation emission objective would be achieved.   

FIGURE  3‐1  FORECASTED  POPULATION  GROWTH  AND  GHG  EMISSIONS BUSINESS  AS USUAL 

 

 

 

 

 

 

 

 

Source: CUI Model. 

By  simultaneously  reducing  GHG  emissions  associated  with  transportation  and including all  the energy efficiency and alternative energy objectives set out  in  this report,  Calgary  can  expect  to  accommodate  the  forecasted  growth  in  population and jobs, while meeting the overall GHG proposed community reduction target of 50 percent below 2005 for 2050.  

To provide a constructive framework for the study and to develop a benchmark for decisions related to the energy analysis, scenarios and mapping exercise, the target                                                                  18 Potential GHG reduction measures identified exceed the need to achieve the 2036 goal and selection of technologies for implementation in the next 28 years was based on considerations of those technologies with the shortest payback period.  

0

5,000,000

10,000,000

15,000,000

20,000,000

25,000,000

0

200,000

400,000

600,000

800,000

1,000,000

1,200,000

1,400,000

1,600,000

1,800,000

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040

GHG Emmission

s (Co2

e)

Popu

lation

Year

Forecasted Population Growth and GHG Emissions Business as Usual

Population

GHG

Page 23: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

21  Energy Mapping Study  

of achieving a 50 percent reduction in GHG emissions within the built environment with support from alternative energy sources by 2050 was adopted by the research team.  

All  subsequent decisions  related  to  the  level of  improvement  in energy efficiency required  for  the  built  environment  and  the  selection  and  location  of  alternative energy  sources were  based  on  achieving  the  target  of  7,567kt/year  in  2036  for buildings in Calgary.      

 

Page 24: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

22  Energy Mapping Study  

 Annual  Energy  Use  in  Alberta Residential,  Commercial  and Institutional Buildings 

 

 

 

 

 

 

               

Source:    Natural  Resources  Canada, Comprehensive Energy Use Database, 2006 

4 LOCAL ENERGY PROFILE Alberta  has  a  diverse  and  deep  resource  portfolio  that  includes  coal,  electricity, minerals, natural gas, conventional oil, petrochemicals,  renewable energy sources and access  to North America’s  largest  reserve of oil –  the Alberta oil  sands.   The majority  of  Calgary’s  energy  supply  for  electricity,  space  and water  heating  and cooling is generated outside of the immediate city boundaries.  

4.1 PROVINCIAL ENERGY SUPPLY OVERVIEW 

Across the province, there is approximately 12,090 MW of supply and nearly 10,000 MW of peak demand  for electricity. Additional electricity  supply  is provided  from British Columbia with a total capacity of 1,000 MW and through an interconnection with Saskatchewan which delivers 150 MW.19   

Thermal  sources account  for majority of Alberta’s  installed electricity generation. Coal  fired  plants  represent  48.7  percent  of  production, while  natural  gas  serves nearly  38  percent.20  Over  half  of  the  natural  gas  production  for  electricity  is achieved using cogeneration.21 The remainder of electricity generation  is obtained through hydro, wind and biomass.22  

In addition to heating homes in North America, 75 percent of natural gas consumed in Alberta  is used by the  industrial sector,  including electricity production. Alberta provides  over  80  percent  of  all  natural  gas  produced  in  Canada  and  distributes nearly 77 percent outside of Alberta to the United States and other provinces.23 

Over the next 10 years, it is expected that Alberta will require approximately 3,800 MW  of  new  electricity  capacity  to  meet  expected  demands  for  commercial, residential and industrial processing uses.24  

 

 

                                                                 19 Ontario Power Authority. 2005. Supply Mix Advice: Current Electricity System. Available On‐Line: http://www.powerauthority.on.ca/ 20 Alberta Energy. 2003. Alberta’s Energy Industry: An Overview 2007. Available on‐line: http://www.energy.gov.ab.ca/Electricity/539.asp#FactSheets 21 Cogeneration works to recover thermal energy that would be wasted in an electricity generator, and save the fuel that would have been used to produce thermal energy in a separate system. Cogeneration is usually achieved by generating electrical power and exhaust heat from the process for heating water or producing steam to drive a turbine and generate electricity.  22 Biomass is any organic matter than can be burned.  23 Alberta Energy. Alberta’s Energy Industry: An Overview 2007. Available on‐line: http://www.energy.gov.ab.ca/Electricity/539.asp#FactSheets. 24 Enmax. 2007. Enmax Announces 1200 MW Power Station. Avaliable on‐line: http://www.enmax.com 

 

Space Heating58%

Water Heating9%

Other33%

Commercial and Institutional

Space Heating67%

Water Heating19%

Other14%

Residential

Page 25: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

23  Energy Mapping Study  

4.2 MUNICIPAL LOCAL PRODUCTION 

Calgary draws extensively on  the use of electricity  from  the grid and natural gas.  Only  a  small  fraction,  2.7  percent,  of  Calgary’s  current  generation  capacity  is produced within  the  city boundaries by  several major public and private  systems (See Table 4‐1).   

TABLE  4‐1  EXISTING  AND  NEW  SOURCES  OF  ENERGY GENERATION  IN  CALGARY   

Municipal Initiative  Type of System  Energy   GJ (2006‐7)  Proposed 

System GJ Green Electricity Purchases 

Grid   Electricity  945,000   

Bonnybrook Waste Treatment Plant  

Methane power generation  Electricity  39,600   

East Calgary  Landfill  Biogas Dry/Bioreactor Landfill Cell  Electricity  665   Shepard Landfill  Biogas  Electricity  362   North East Calgary District energy  

District energy fuelled with natural gas. 

Natural Gas     684 

Private Sector Initiatives 

Type of System    GJ (2006‐7)  Proposed 

System GJ ECCO Wood Chip Manufacturing  

High condensing boiler fuelled with biomass. 

Electricity  1,941   

Southern Alberta Institute of Technologies 

CHP fuelled with natural gas.  Electricity and Natural Gas 

862,600   

University of Calgary District Energy 

District energy systems fuelled with natural gas. 

Natural Gas  784,900   

University of Calgary CHP Expansion 

Simple cycle combined heat and power. 

Electricity and Natural Gas 

  1,600,000 

ENMAX  Downtown Calgary District Energy 

District energy fuelled with natural gas. 

Natural Gas  

360,000    

ENMAX Downtown  Calgary District Energy 

CHP fuelled with natural gas.  Electricity    700,000** 

ENMAX  Shepard Energy Centre  

Combined cycle turbine fuelled with natural gas. 

Electricity    15,137,280** 

Total Capacity      2,773,529  17,437,281 Source: City of Calgary,  Infrastructure Services and correspondence with owners of private facilities. **System estimates for GJ were based on estimated system efficiency and availability.   

Currently,  the  city  uses  approximately  33,642,270  GJ/yr  of  electricity  and 67,090,313  GJ/yr  of  natural  gas  for  space  and  water  heating,  cooling,  humidity control  and  for  powering  all  buildings  as  well  as  some  industrial  processes  as outlined in Table 4‐2.25 This represents close to 30 percent of the total natural gas and electricity produced in Alberta for commercial, office and residential buildings.  

 

 

 

                                                                 25 For the purposes of this study, energy consumed in terms of electricity and natural gas at the point of connection to industrial buildings within the city boundaries includes energy used within those buildigns for industrial processing.  

Page 26: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

24  Energy Mapping Study  

 

TABLE  4‐2  EXISTING  ENERGY  DEMAND  FOR  BUILDINGS IN  CALGARY  2008 

Fuel  Energy Use  GJ/yr 

GHG Emissions Tonnes CO2e/yr 

Energy Supply Cost CAD/yr 

 Primary       

Electricity  96,120,771  8,282,255  954,023,432 

Natural Gas  95,843,304  4,787,373  588,988,086 

Total  191,964,076  13,069,628  1,553,021,519 

 Actual Energy Delivered**       

Electricity  33,642,270  8,282,255  954,023,432 

Natural Gas  67,090,313  4,787,373  588,988,086 

Total  100,732,582  13,069,628  1,553,021,519 Source: CUI Model. **The difference between primary and actual energy delivered is the various losses in energy including combustion, efficiency losses and transmission.  

Figure 4‐1 provides a breakdown of the annual energy cost by end use in Alberta for residential,  institutional  and  commercial  buildings  and  is  representative  of  the energy costs by end use within the built environment for Calgary.  

FIGURE  4‐1  ANNUAL  ENERGY COST  IN  ALBERTA  RESIDENTIAL,  INSTITUTIONAL  AND  COMMERCIAL  BUILDINGS BY  END‐USE26 

                                 

Source:  Natural Resources Canada, Comprehensive Energy Use Database, 2006. 

                                                                 26 Natural Resources Canada classification of energy use for various commercial and institutional buildings includes those buildings that fall within industrial classifications for the City of Calgary, such as wholesale trade, retail trade, and transportation and warehousing.  

0100200300400500600700800

Space Heating

Water Heating

Auxiliary Equipment

Auxiliary Motors

Lighting Space Cooling

Street Lighting

$ Million

Commercial/Institutional Buildings

0

200

400

600

800

1,000

1,200

Space Heating

Water Heating

Other Lighting Space Cooling

$ Million

Residential Buildings

Page 27: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

25  Energy Mapping Study  

Space and water heating  represent  the  largest areas of growth  in energy use and are a significant portion of the energy cost for all building owners in Alberta. Space heating provides one of the best opportunities for energy cost savings and can be achieved through  improvements  in building design and costs  lowered through the application of local alternative energy sources.  

The average  cost per  capita  in Calgary  for  the  supply of gas and electricity  to all buildings is $1,648 per year. This includes the cost of gas and electricity delivered to all  types of buildings  in Calgary.  It  is expected  that  the cost of energy  for heating and  powering  buildings,  even  for  Alberta, will  continue  to  rise  as world market prices for energy increase over time.  Table 4.3 shows estimated demand and cost changes for building energy in Calgary for 2036. 

TABLE  4‐3  FORECASTED  ENERGY  DEMAND  FOR  BUILDINGS IN  CALGARY  2036  BUSINESS  AS USUAL   

Fuel  Energy Use  GJ/yr 

GHG Emissions Tonnes CO2e/yr 

Energy  Supply Cost CAD/yr 

 Primary       

Electricity  153,887,609  13,294,242  1,527,031,621 

Natural Gas  130,700,874  6,528,509  816,849,694 

Total  284,588,483  19,822,751  2,343,881,314 

Actual Energy Delivered**       

Electricity  53,860,663  13,294,242  1,527,031,621 

Natural Gas  91,490,612  6,528,509  816,849,694 

Total  145,351,275  19,822,751  2,343,881,314 Source: CUI Model. **The difference between primary and actual energy delivered is the various losses in energy including combustion, efficiency losses and transmission.   

Going forward, homeowners and consumers will want lower energy costs and more affordable options  for  supply. At  the  same  time,  industrial,  retail and commercial operators will also be  looking for  improved reliability and stable energy costs that insulate them from the volatility of the energy market place. Investors will want to see predictable returns on investment in energy facilities that are less vulnerable to disruption and ensure a  stable  return.   Addressing  these demands  involves going beyond providing new  central  supply options and examining how existing energy demand within Calgary can be reduced and new energy demand kept to a minimum within the built environment.   

 

 

 

 

  

Page 28: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

26  Energy Mapping Study  

 Energy  Reductions  across  Canada from Energy Efficiency Initiatives  

   

Source: Office of Energy Efficiency: The State of Energy Efficiency in Canada. 2006. Available at: http://oee.nrcan.gc.ca/Publications/statistics/see06/pdf/see06.pdf 

5 ACHIEVING  CALGARY’S  GHG  GOAL  THROUGH THE BUILT ENVIRONMENT 

In Alberta, energy used in homes and offices represents a large portion of the total energy consumption. For Calgary, approximately 70 percent of energy is related to residential applications, 9 percent for commercial buildings, 5 percent for retail, 6.5 percent for institutional and civic and 9.5 percent for industrial.  

Over  the  last  25  years,  governments  at  all  levels,  together with  natural  gas  and electric utilities, have developed a number of market  interventions  in an effort  to reduce  the  overall  demand  for  energy  by  residential,  industrial,  or  commercial energy users. The energy efficiency of most equipment and buildings in Canada has steadily  improved,  but  energy  demand  has  continued  to  increase  for  all  sectors. This  is  a  result  of  increased  economic  activity,  primarily  from  the  growth  of  the housing and commercial building stock, larger floor area per person for homes, and the  increasing use of energy using devices, have nearly offset the vast majority of energy efficiency  improvements  to‐date. Subsequently,  the energy demand  curve continues to show an upward growth, especially in major cities across Canada. The key challenge is understanding how Calgary can begin to affect this trend as the city continues to grow and, consequently, bend the cure of the slope down.  

The  following  section  outlines  the  first  step  for  evaluating  the  opportunities  in terms  of  the  built  form  for  reducing  energy  demand  and  GHGs,  as  well  as  for providing the base case to assess the types of alternative energy sources applicable to Calgary and where they might be located.  

5.1 BENEFITS OF ENERGY EFFICIENCY 

Increasing  the  efficiency  within  buildings  can  provide  energy,  financial,  human health  and  infrastructure  benefits,  such  as  reduced  energy  use,  less  strain  on energy  distribution  networks,  reduced  operating  costs,  increased  cash  flow  for building owners and improved local air quality. 

The production and consumption of energy can result in local and regional negative impacts on  the environment  through criteria air containments  (CACs). CACs are a major source of air issues and are related to the production of smog and acid rain.  Smog  is  attributed  to  a  wide  range  of  environmental  impacts  on  vegetation, structures,  visibility  and  human  health.    In  Alberta,  the  heating  of  buildings  and industrial and electrical generation can be attributed to 7 percent of all particulate matter,  98  percent  of  all  sulphur  dioxides  (S02),  73  percent  of  nitrous  oxide emissions (N0x), 60 percent of all volatile organic compounds, and 31 percent of all carbon  dioxide  emissions.  Reducing  energy  demand  and  encouraging  the 

Page 29: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

27  Energy Mapping Study  

 Support  for  Energy  Code  Changes in Canada  

  There  is  mounting  support  for improvements  in  energy  codes  across Canada.  In  a  national  poll  released  in March  2006,  nearly  92  percent  of Canadians  surveyed  agreed  that Canadian  governments  should  be incorporating  mandatory  standards  of efficiency  in  new  building  to  deliver  a minimum  of  50  percent  in  energy efficiency over the next 10 years.  

 The  survey  revealed  that  government leadership  is a necessary prerequisite  in advancing  market  transformation  for sustainable  activities  by  Canadians, including  energy  efficiency improvements in buildings.  

 Source:  James  Hoggin  and  Associates  Inc. 2006. Nine in 10 Canadians feat our lifestyle is  not  sustainable:  Most  blame  lack  of government  leadership.  Available  from: www.hoggan.com 

generation of power from local energy sources can contribute to reducing the levels of CACs in Calgary and across Alberta.27  

Another  direct  benefit  of  reducing  the  energy  intensity  of  a  building  through improved efficiency is the reduction in the amount of heat and electricity required for a building. This  can  increase  the ability of alternative energy  sources  to meet almost all of the energy demand of a building and displace the reliance on coal fired electricity power plants and direct burning of gas for heating buildings and domestic hot water use. 

5.2 SELECTING A BUILDING EFFICIENCY MODEL 

A wide  variety  of  voluntary  standards  and  rating  systems  exist  for  buildings  and energy using equipment. These codes and standards have contributed to reducing the overall demand for energy across Canada and accelerated advancements  in all aspects of design, construction and operation of buildings.   

The  standard  selected by  the  team  to undertake  an  analysis of energy efficiency improvement  for  the  entire  Calgary  built  environment  was  the Model  National Energy Code of Canada  for Buildings  (MNECB). The  reference code developed  for homes,  the Model National Energy Code of Canada  for Homes  (MNECH), was not used for buildings under three stories. Alternatively, all mandatory provisions that are to be met for MNECH where incorporated into the model.28 

Introduced  in 1997 by the National Research Council of Canada (NRC), the MNECB has become Canada’s design standard of energy efficiency in commercial and multi‐unit residential building standards.29 Maximum thermal transmittance levels as well as  identifying  new  standards  for  heating  recovery  and  referenced  new  energy efficient equipment standards are outlined within the code.30 The code also address issues related to energy for the retrofit of older buildings.  

Relative  to  traditional building codes,  including Alberta’s,  the MNECB  is unique  in that  it  addresses  environmental  protection  and  resource  conservation  instead  of focusing  on  the  structural  integrity  of  buildings.  This  is  achieved  through  the development of minimum standards of building components and systems that can directly  impact  energy  performance  in  a  building  including  the  envelope,  HVAC systems, lighting, water use and water heating.   

                                                                 27 Cheminfo Services Inc. 2007. Forecast of Criteria Air Contaminants in Alberta (2002 to 2020). Available on‐line: http://www.casahome.org 28 Both the Model National Energy Code for Houses and the Model National Energy Code for Buildings are divided into the same five technical sections: building envelope; lighting; heating, ventilating and air conditioning systems; service water heating systems; and, electric power. The primary difference between the codes is that the MNECB is more detailed than the MNECH  in areas of lighting, mechanical systems and electric power consumption, but less detailed for the air tightness of the building. For the purposes of this study the requirements for airtightness were raised to be the same requirement in the model for MNECH and other low‐rise residential specific building components.  29 National Resources Canada, Office of Energy Efficiency. 1999. Introduction to the Model National Energy Code for Buildings.  30 Ibid. 

Page 30: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

28  Energy Mapping Study  

 Benefits  of  Energy  Codes  and Standards  • Updating  energy  standards  is  a 

cost‐effective  policy  option  for governments; each dollar  spent on increased efficiency pays back many times  to  the  consumer  and  the economy. 

• Roughly  one‐third  of  all  energy  is consumed by building, so  this  is an important sector to address. 

• Technologies  are  available  to construct new buildings that use 30 ‐70  percent  less  energy,  with improved comfort. 

• Market  forces often break down  in the  area  of  building  efficiency,  so minimum  standards  are  necessary to  ensure  energy  is  not  being wasted. 

• Most codes and standards are now designed  with  extensive  industry involvement,  using  a  censuses approach.  This  has  reduced  the reluctance  for  codes  to  be  quickly adopted. 

• Energy  codes  and  standards  for commercial  buildings  make businesses  more  competitive domestically  and  overseas  by reducing utility expenses. 

• Energy  codes  and  standards  help reduce  pollution  and  greenhouse gas emission.   

Source: U.S. Department of Energy, through the  Office  of  Energy  Efficiency  and Renewable  Energy’s  Building  Technologies Program. 

  

With  the  support  of  Natural  Resources  Canada  (NRCan)  and  the  Canadian Commission on Building and Fire Codes (CCBFC), a national  initiative  is now under way  to  update  the MNECB.  A  cross‐country  engagement  process  has  led  to  the creation  of  a  special  committee,  the  Building  Energy  Code  collaborative,  to  help advance the adoption of an updated MNECB. The Province of Alberta is currently in the  early  stages  of  an  impact  study  to  assess  the  application  of MNECB  plus  25 percent for commercial and high‐rise residential development.   

As  a  result  of  the  codes  not  being  updated  since  1997  the  team  selected  two alternative higher  levels of energy efficiency  improvements  including: 25 percent better  than MNECB  and  50  percent  better  than MNECB.  The  amendments were required to reflect  new building techniques, new design and construction practices, energy prices and construction costs and a focus on reducing GHGs. Similar levels of efficiency where also selected for the retrofit of buildings at the level of 10 percent and  25  percent  reduction  in  energy  use  compared  with  current  efficiencies.  A higher  level  of  efficiency  was  not  selected  for  building  retrofits  based  on  the challenges  associated with  integrating modern  design  and  technology  standards into existing buildings and  the higher unit costs  for  improving energy efficiency  in existing buildings compared with new buildings. 

5.3 ENERGY IMPROVEMENT SCENARIOS 

The overall objective of building energy efficiency standards is to achieve high levels of energy reduction and can be achieved by following the prescriptive path outlined in the MNECB. The code provides requirements for  increasing energy efficiency of the  building  envelop;  lighting;  heating,  ventilating  and  air‐conditionings  systems; domestic hot water systems; and electrical power.  

While  the  approach  and  technologies  can  vary,  the  overall  performance  of  an energy  efficiency  program,  such  as  the  prescriptive  path  of  MNECB,  can  be predicted  and  is  widely  understood  and  applied  by  building  designers.31  To determine  the potential energy and GHG reduction benefits of applying  the code, this study evaluated  three different scenarios  involving various degrees of energy improvement standards for the development of new buildings and retrofits.  

Scenario  I  

The starting point was to assume that no changes would occur to any of the existing and new development  in terms of energy efficiency  improvements.   This provides the Business As Usual  scenario and a baseline  for all energy consumption  for  the existing built environment in Calgary. 

Scenario  II  

The next level considered a more modest proposal in energy efficiency, referred to as  high  efficiency,  with  existing  buildings  being  retrofitted  to  reduce  energy 

                                                                 31  The MNECB gives the building designer immense flexibility in terms of how to comply with the miniumun requirmenets as setout in the code. This offers a wide latititude in terms of the type of direction that a desigener might take.  

Page 31: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

29  Energy Mapping Study  

 Netherlands  Energy  Performance Standard  With  just  16  million  people  spread across  an  area  the  size  of Nova  Scotia, the  Netherlands  rapidly  advanced  the application  of  alternative  energy generation.  Increasing  sustainable energy  is  the  primary  responsibility  of the Netherlands  Agency  for  Innovation, Energy  and  Environment  (NOVEM). Through  NOVEM  municipalities  across the Netherlands have developed energy plans with a  focus on energy efficiency. Each  municipality  has  engaged  in assessing  the energy performance of all existing buildings and established targets for  improvement  using  the  Energy Performance Standard (EPN) and Energy Performance  Location  (EPL).  The  EPN, similar  to  the  MNECB,  sets  minimum standards for energy performance, while the EPL provides direction on  the  types of energy  improvements, based on cost, that should proceed in different parts of a City. All new homes constructed in the Netherlands  must  submit  a  Energy Performance  Coefficient  as  part  of  the building  process.  The  result,  homes across  the  Netherlands  are  achieving high standards of energy efficiency.   

  Source: http://www.senternovem.nl/english/ 

consumption  by  10  percent  and  all  new  buildings  achieving  an  energy  efficiency level of 25 percent above the MNECB (i.e. MNECB + 25 percent).  

Scenario  III  

This final scenario, referred to as Ultra High Efficiency, assumes that most state‐of‐the‐art  building  technologies  are  being  applied  to  new  buildings.  All  existing buildings would be  retrofitted  to 25 percent and all new buildings would need  to achieve MNECB plus 50 percent (i.e. MNECB + 50 percent).   

Scenario  Combinations  

All three scenarios where tested through combinations to assess the highest level of energy  efficiency  in  terms of  reduced  energy demand, GHG  reductions  and  total energy cost savings.  

Modeling  Assumptions  

Electricity and natural gas represent the largest fuel sources for Calgary’s residential and  commercial buildings. Other  forms of  fuel,  such  as oil, wood  and  alternative energy  sources  represent  a  relatively  insignificant  amount  of  the  total  energy consumed.  For  the purposes of building  improvements,  it was  assumed  that  this situation would prevail throughout the study period, which is to 2036.  For Scenario II, Scenario IIII and Scenario Combinations, the modeling focused on the quantities of  electricity  and  natural  gas  that  could  be  displaced  by  using  energy  efficient design  standards.  After  assessing  the  amount  of  displaced  energy,  estimates  in terms  of  reductions  in  GHG  equivalents  to  improved  energy  efficiency  were prepared, as well as overall cost reductions  for energy use and, where applicable, capital costs for building energy efficiency retrofits and incremental capital costs for incorporating improved energy efficiency in new buildings.  

The approach  taken  to  capture  the existing building  inventory  for Calgary and  to project future development involved a comprehensive analysis and drew on several sets of data.   To establish the base  line of energy consumption within the existing building stock for the city, the Calgary assessment roll was used to record all private sector  buildings,  while  institutional  and  government  agencies  were  directly contacted  for building  information.32 Forecasts  for  future population and  land use area  projections  were  provided  by  the  City  of  Calgary.  To  improve  the  energy modeling accuracy, building types were  limited to seven types and were based on the MNECB definitions of buildings. Table 5‐2 provides an overview of the building typology  used  for  this  study.  Appendix  B  provides  a  detailed  breakdown  of  the methodology developed to baseline the energy performance for the built form.  

The following summarizes the evaluation of the scenario options. 

 

                                                                 32 Two major sets of public building data were not avaliable for existing uses, including municipal buildings and the Catholic School Board. Public buidings are generally not part of a municipal assessment role. Estimates of total square footage were developed for the City of Calgary and the Catholic School Board.    

Page 32: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

30  Energy Mapping Study  

 

TABLE  5‐1  CALGARY  ENERGY  MAP BUILDING  STUDY  TYPOLOGY 

Building Typology  Definition 

Residential Low Rise  Single family detached units including accessory units. 

Residential Medium High Rise  Units up to three stories (duplex, townhouse, row house etc). 

Residential High Rise  Units above four storeys. 

Commercial Office  Quality office developments at all sizes and all classes. 

Commercial Retail  All forms of retail (grocery, big box etc.) 

Industrial  All forms of industry. 

Institutional  All other buildings types (Calgary municipal services, hospitals, schools and colleges and university). 

Scenario  Evaluation  To  2036  

Table 5‐3 provides an overview of  the combinations  in  terms of energy  reduction and GHG emissions that can be achieved for various scenario building improvement combinations.   For  instance,  if no  improvements were made  to existing buildings and all new buildings were built  to achieve a 25 percent  improvement  in energy efficiency, GHG emissions would increase from 13,069kt/year to 18,487kt/year and energy costs could  increase from approximately $1,553 million/year to potentially $2,183 million/year.33 

TABLE  5‐2  SCENARIO REDUCTIONS OVERVIEW  FOR  2036 

Building Scenarios  Energy Cost Total 

$ CAD/yr 

GHG Total 

Tonnes C02e/yr 

Energy Use Total GJ/yr 

Payback Period Years 

Existing Building 

Existing With No Retrofit  1,553,021,519  13,069,628  100,732,582  n/aExisting‐10%  1,396,174,430  11,758,504  90,607,826  12.3Existing‐25%  1,161,161,129  9,792,511  75,429,270  11.6

New Buildings 

New Using Current Practice  790,859,796  6,753,123  44,618,693  n/aMNECB + 25%  630,794,178  5,418,272  32,449,980  1.8MNECB + 50%  481,350,702  4,150,302  23,488,762  2.7

Combination of Scenarios 

Existing + New  2,343,881,314  19,822,751  145,351,275  n/aExisting + MNECB +25%  2,183,815,697  18,487,899  133,182,562  1.8Existing + MNECB +50%  2,034,372,220  17,219,930  124,221,344  2.7Existing‐10% + New At Code  2,187,034,226  18,511,627  135,226,519  12.3Existing‐10% + MNECB +25%  2,026,968,608  17,176,776  123,057,806  7.0Existing‐10% + MNECB +50%  1,877,525,132  15,908,806  114,096,588  5.9Existing‐25% + New At Code  1,952,020,925  16,545,635  120,047,962  11.6Existing‐25% + MNECB +25%  1,791,955,307  15,210,783  107,879,249  8.8

Ultra‐High Efficiency 

Existing‐25% + MNECB +50%  1,642,511,831  13,942,813  98,918,031  7.7

Source: CUI Model. 

As outlined  in Figure 5‐1, to achieve a high  level of energy reduction will require a substantial  investment  in  terms  of  initial  capital  cost.  It  is  estimated  that  if  all 

                                                                 33 Precise numbers are shown in all tables throughout report and are based on the predicted model for energy use and emissions that was developed by the CUI (i.e. CUI Model). In reviewing this data, emphasises should be placed on reviewing the ratios between values for different assumptions.  

Page 33: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

31  Energy Mapping Study  

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

2,000

2,200

2,400

2,600

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

Energy Cost

(millions of d

ollars)

Capital Investm

ent C

ost

(miilions of d

ollars)

Capital Investment vs. Energy Savings

Capital Cost

Energy Cost

 Toronto Atmospheric Green Loan  Established in 1991, TAF is Canada’s only municipal  climate  change  agency working  to mitigate global warming and to  improving  air  quality.  To  help meet the  challenge  of  reducing  the  cost premium  for  creating  environmentally‐friendly  buildings,  TAF  launched  Green Loan, Canada’s  first green building  loan, to  encourage  energy  efficient  and environmentally‐friendly  condominium development in the City of Toronto. The Green  Loan  enables  a  developer  to produce  a  high  performance condominium  that  is competitive with a conventional one. The loan achieves this by  enabling  the  condominium corporation  to  become  the  primary agent accountable for repaying the loan. Shifting  the  loan payment  responsibility away from a developer and towards the condominium  owners  ensures  that  the financial  benefits  of  an  energy  efficient building will be realized and reduces the financial  risk  for  a  developer.  The positive  results  from  the  financial program  have  led  TAF  to  encourage support for sustainable building from the financing sector.  

  Source: http://www.toronto.ca/taf 

buildings were retrofitted to reduce energy consumption by 25 percent and all new buildings built  to apply  the MNECB plus 50 percent, a  total  capital  investment of approximately $5.4 billion would be required to achieve the improvements, but an annual energy saving over $700 million per year could enable all investments to be captured  in  less  than  8  years  based  on  a  simple  payback  calculation.  By incorporating  improvements  to  the  built  environment  for  both  existing  and  new buildings, the average annual energy cost per energy consumer for all buildings  in Calgary  (residential, commercial,  institutional, and  industrial) could be  lowered by as much as 38 percent to approximately $1016 per person based on current energy costs. The potential saving in energy costs of $700 million, not only compensates for expenditures  associated  with  the  capital  improvements,  but  also  provides significant revenue that can be directed back into the local community. 

FIGURE  5‐1  CAPITAL INVESTMENT  VS.  ENERGY SAVINGS  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Source: CUI Model. 

The most  aggressive  of  all  the  scenario  combinations  is  applying  the  Ultra‐High Efficiency combination. This would contribute  to an electricity  reduction of nearly 27 percent, while natural gas consumption would decrease by 35 percent. Emission reductions are also very  impressive with a  total decrease of 30 percent  from gas and  electricity GHG  emissions, which  is  about  5,900kt of GHG/year.    The overall reduction  in  emissions  and  energy while  favourable  in moving  towards  Calgary’s GHG  goal  does  not  reflect  that  after  taking  into  account  the  extensive  energy efficiency  improvements to the built environment, GHG emissions will continue to rise by about 6.7 percent compared with 2008 as outlined in Table 5‐3.  This is due to energy demand continuing to rise with new economic and population growth in Calgary. A  full discussion on the cost  implications of undertaking  the retrofits and improvements for new buildings for the Ultra High Efficiency scenario is provided in Appendix E.   

 

Page 34: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

32  Energy Mapping Study  

TABLE  5‐3  GHG  INCREASES  FOR  CALGARY  BUILT  ENVIRONMENT   

    GHG Produced [Tonnes C02e/yr]  

 

Buildings  New Buildings  Existing Buildings Retrofits – 25% 

Reduction 

Total  Percent Increase From Existing 

Building Emissions 2005  

13,069 kt/year  Conventional Construction 

6,753,123  9,792,511  16,545,634  26.6 

MNECB + 25%  5,418,272  9,792,511  15,210,783  16.4 MNECB + 50%   4,150,302  9,792,511  13,942,813  6.7 

Source: CUI Model. 

By selecting the Ultra High Efficiency scenario, Calgary can reduce its GHG emission increases for buildings to 6.7 percent to 13,943kt/year as outlined in Figure 5‐2. This is in spite of an estimated increase in building floor area by 36 percent. The goal of reducing GHG  emissions  to 7,567kt/year by 2036  requires  a  further  reduction of 6,376kt/year of GHG emissions.  

This  means  that  even  after  extensive  energy  improvements  to  the  entire  built environment for Calgary, a further 46 percent reduction in emissions is required.  

To move  towards achieving  the additional  reduction  in emissions will  involve  the displacement  of  conventional  gas  and  electrical  energy  supplies with  alternative energy sources and is discussed in section six.34 

FIGURE  5‐2  FORECASTED  POPULATION  GROWTH  AND  GHG  EMISSIONS MAX  EFFICIENCY 

Source: CUI Model. 

 

                                                                 34 The payback period for applying alternative energy technologies is expected to be longer than the combined payback period for building energy efficiency retrofits and improved building efficiencies. 

0

5,000,000

10,000,000

15,000,000

20,000,000

25,000,000

0

200,000

400,000

600,000

800,000

1,000,000

1,200,000

1,400,000

1,600,000

1,800,000

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040

GHG Emmission

s (Co2

e)

Popu

lation

Year

Forecasted Population Growth and GHG Emissions 

Population

GHG Business as Usual

GHG Max. Efficiency

Page 35: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

33  Energy Mapping Study  

5.4 APPLYING BUILDING ENERGY IMPROVEMENTS 

An energy efficient building can take many forms. The type of efficiency achieved is largely dependent on  the design approach and  type of  technologies  incorporated into a building compared to the MNECB benchmark. Residential building efficiencies have  steadily  improved  over  the  last  few  decades.  In  Alberta,  the  Built  Green™ program  has  contributed  to  raising  awareness  within  the  development  industry about the use of sustainable building practices for low‐rise residential development. For high  rise  residential  and  institutional buildings,  federal  initiatives  such  as  the Commercial Building Improvement Program and the introduction of whole building rating  systems,  including  the  Leadership  in  Energy  and  Environment  Efficiency (LEED®) Canada rating system administered by  the Canada Green Building Council have encouraged developers and building owners to  incorporate higher standards of energy efficiency. The City of Calgary has led the way across Canada in terms of encouraging  improvements  in  the  built  environment  for  municipal  buildings  by being among first cities  in Canada to have adopted LEED® Canada certification for new  buildings  and  through  the  adoption  of  a  Sustainable  Building  Policy  that includes incentives for developers.  

Moving  forward with  improvements  in energy efficiency  to  the built environment can be simple and involve low cost modifications to a building. A detailed overview of  the various  strategies  that  can be used  to  improve  the energy efficiency of all building types prepared for this report is provided in Appendix C. Using the MNECB a new building that is: 

Exam

ple A‐ R

esiden

tial  .  25%‐50%  MORE  ENERGY  EFFICIENT  requires  a minimal  change  from 

current  design  and  construction  standards.  Improvements  in  low rise  residential  construction  can  be  achieved  by  instituting  a combination  of  improved  efficiency  in  mechanical  heating equipment such as the boiler, more insulation in the walls and roof and  reducing  lighting  requirements.    For  high  rise  residential buildings, more attention to window performance and floor to wall ratio can  improve efficiencies.   An example  is  the Vento  residence building in Calgary. 

 

Exam

ple B‐ 

Commercial 

.  25‐50%  MORE  ENERGY  EFFICIENT  requires  modest  incremental improvements. For  commercial office buildings, more attention  to insulation and air sealing  in exterior walls, and  the replacement of T12  with  T8  fluorescent  lighting  in  the  ceiling  can  improve efficiencies. Moving to a 50 percent level will require the use of an integrated  design  approach  where  the  design  team  considers different HVAC systems such as chilled beams or radiant heating. An example is the Jamieson building in Calgary. 

 

Exam

ple C‐ 

Institutiona

. 25‐50% MORE ENERGY EFFICIENT requires adhering to the MNECB code, but  drawing  on  innovation.    These  buildings  can  use  natural  day lighting more effectively,  incorporate motion sensors to turn  lights on and off and use high‐efficiency HVAC equipment. Moving to the 50  percent  level  of  efficiency  will  require  a  larger  focus  on improvements  to  the  ventilation  systems  and  consider  the opportunity  for  heat  recovery  systems. An  example  is  the Mount Royal College Roderick Mah Centre for Continuous Learning. 

 

 

Page 36: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

34  Energy Mapping Study  

The  retrofitting  of  buildings  across  Calgary  will  be  an  important  outcome  for reducing  the overall demand  for energy and will enable  the city  to accommodate both  population  and  economic  growth, while  still moving  toward  the  proposed community target of 50 percent reduction in GHG emissions.  Table 5‐4 provides an overview of the basic retrofit initiatives that can be undertaken by building owners to reduce energy consumption. Each building in Calgary will be different in terms of its  existing  energy  performance,  types  of  equipment,  age  and  design.  To  better assess  the  potential  return  on  investment  from  improvements will  likely  require building owners and operators to undertake an energy performance audit.   

TABLE  5‐4  POTENTIAL  BUILDING  RETROFIT  ACTIONS 

Scenarios  Building Type  Type of Improvement  Potential Action Scenario  II 10% Reduction 

Residential Low Rise  Upgrade  to  more  efficient  lighting fixtures. 

Fluorescent, Compact fluorescent fixtures. 

Medium High Rise  Upgrade  to  more  efficient  lighting fixtures.  Improve lighting controls. 

Fluorescent,  Metal  Halide  fixtures.  Occupancy, daylight, photosensor controls. 

Residential High Rise 

Upgrade  to  more  efficient  lighting fixtures.  Improve lighting controls. 

Fluorescent,  Metal  Halide  fixtures.  Occupancy, daylight, photosensor controls. 

Commercial Office  Upgrade  to  more  efficient  lighting fixtures. 

Fluorescent, Metal Halide fixtures. 

Commercial Retail  Upgrade  to  more  efficient  lighting fixtures. 

Fluorescent, Metal Halide fixtures. 

Institutional   Upgrade  to  more  efficient  lighting fixtures.  Improve lighting controls. 

Fluorescent,  Metal  Halide  fixtures.  Occupancy, daylight, photosensor controls. 

Industrial  Improve  lighting  controls.    Improve HVAC efficiency. 

Occupancy, daylight, photosensor controls.  High  efficiency  heating  systems,  setback thermostats. 

Scenario III  25% Reduction 

Residential Low Rise  Improve the efficiency of furnace and DEW  heaters.  Improve  the  air tightness of the building. 

Instantaneous domestic hot water heater.  Blower door testing of existing homes. 

Medium High Rise  Install  VFDs  on  pumps  and  fans. Improve  the  efficiency  of  central plant and DEW equipment. 

VFD control of main heating supply pumps.  Install condensing boiler. 

Residential High Rise 

Install  VFDs  on  pumps  and  fans. Improve  the  efficiency  of  central plant and DEW equipment. 

VFD control of main heating supply pumps.  Install condensing boiler. 

Commercial Office  Improve  the  efficiency  of  central plant equipment. 

Install condensing boilers. 

Commercial Retail  Further  upgrade  to  more  efficient lighting  fixtures.   Further  improve lighting controls. 

Fluorescent,  Metal  Halide  fixtures.  Occupancy, daylight, photosensor controls. 

Institutional   Install improved HVAC controls.  Install of building automation system. Industrial  Institute  process  energy  efficiency 

measures Recover waste heat  from a manufacturing process. 

Source: CUI Model. 

Building  Rating  and  Improvement  Programs  

The  City  of  Calgary  is  already  designing  and  constructing  new  buildings  that  are more  energy  efficient.  There  are  over  21 municipal  buildings  being  designed  to LEED® certification and the City has adopted the Business Owners and management Association (BOMA) Go Green program (now known as BOMA BESt) as a Corporate rating  system  for 800 buildings  to achieve a  triple‐bottom  line  improvement. The City  of  Calgary  is  clearly  demonstrating  leadership  and  is  achieving  not  only 

Page 37: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

35  Energy Mapping Study  

corporate‐wide‐buy  in,  but  is  also  stimulating  the market  place  to  adopt  better standards for energy performance. In the Calgary area, there are 81 home builders who are members of BuiltGreen™ Canada and nearly 5080 homes enrolled  in  the program.  There  are  also  a  number  of  commercial  buildings  awaiting  LEED® certification,  as  well  as  over  80  buildings  that  have  now  achieved  BOMA  BESt certification in Calgary.  

TABLE  5‐5  WHOLE BUILDING  AND  HOUSING  ENERGY  RATING  EQUIVALENTS 

New Construction  Retrofit of Existing Buildings Scenarios  Building Type  Program Equivalent  Scenarios  Building Type  Program Equivalent Scenario  II MNECB + 25% 

Residential Low Rise  EnerGuide  75, Builtgreen Silver 

Scenario  II 10 % Reduction 

Residential Low Rise EnerGuide 55 

Residential Medium High Rise 

EnerGuide  75, Builtgreen Silver 

Residential Medium High Rise  EnerGuide 55 

Residential High Rise  LEED Prerequisite  Residential High Rise  ENERGY STAR 65 Commercial Office  LEED Prerequisite  Commercial Office  ENERGY STAR 65 Commercial Retail  LEED Prerequisite  Commercial Retail  ENERGY STAR 65 Institutional   LEED Prerequisite  Institutional   ENERGY STAR 65 Industrial  LEED Prerequisite  Industrial  ENERGY STAR 65 

Scenario III MNECB  + 50% 

Residential Low Rise  EnerGuide  85, Builtgreen Gold 

Scenario III 25% Reduction 

Residential Low Rise EnerGuide 70 

Medium High Rise  EnerGuide  85, Builtgreen Gold 

Medium High Rise EnerGuide 70 

Residential High Rise 

LEED ‐ 6 EAc1 Points 

Residential High Rise  ENERGY  STAR  75, LEED‐EBOM Prerequisite 

Commercial Office 

LEED ‐ 6 EAc1 Points 

Commercial Office  ENERGY  STAR  75, LEED‐EBOM Prerequisite 

Commercial Retail 

LEED ‐ 6 EAc1 Points 

Commercial Retail  ENERGY  STAR  75, LEED‐EBOM Prerequisite 

Institutional  

LEED ‐ 6 EAc1 Points 

Institutional   ENERGY  STAR  75, LEED‐EBOM Prerequisite 

Industrial 

LEED ‐ 6 EAc1 Points 

Industrial  ENERGY  STAR  75, LEED‐EBOM Prerequisite 

Source: CUI Model. 

Moving to  increase the performance of buildings  in terms of energy efficiency can best  be  achieved  by  drawing  on  successful  programs  that  are  already  well recognized by  the  citizens of Calgary, but  also by  the development  industry  (see Table 5‐5).   For  instance,  the City of Calgary building permit process  is used as a mechanism for encouraging residential builders to adopt the BuiltGreen™ program. Using well established industry market and federal rating systems can contribute to rapid  commercialization  and  provide  the  added  benefit  of  offering  the  City  of Calgary  with  access  to  well  established  measures  to  evaluate  and monitor  the effectiveness of building improvements.  

 

 

Page 38: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

36  Energy Mapping Study  

 Harnessing  District  Energy,  Solar Energy and Geothermal in Alberta           The  Town  of  Okotoks  is  the  first municipality  in North America  to  have established growth  targets  in a master plan based on  the  local environmental carrying  capacity  of  the  watershed  to treat  and  dispose  of  effluent.  With assistance  from  several  federal organizations  and  ATCO,  the  Town  of Okotoks  set  out  to  demonstrate  the potential  for  solar  energy  to  meet space  heating  and  hot  water requirements  for  a  new  subdivision community,  the  Drake  Solar  Landing Community.  The  52‐home  solar community  is  located with a  larger 835 home  subdivision  and  demonstrates the  opportunity  for  district  energy systems  to  work  efficiently  with  low energy  consuming  residential  homes. By  developing  all  of  the  homes connected  to  the  district  energy network  using  Canada’s  highest standard for energy efficient homes (R‐2000),  nearly  90  percent  of  all  space heating  needs  for  the  homes  are  now met by solar energy.  Picture Source: http://media.canada.com 

6 THE  NEED  FOR  ALTERNATIVE  ENERGY SOURCES  

Applying  advanced  improvements  in  energy  efficiency  for  the  development  of buildings  can  slow  the overall energy demand  for Calgary and  is  the  first  step  to ensuring the city meets the proposed community GHG targets. At the same time, a strategy based on the maximization of energy efficiency does carry a high  level of risk. It can be assumed that, for a variety of reasons, not all energy consumers will adopt  energy  efficiency  technologies  and  practices  for  a  variety  of  reasons. Continuing  to move  towards  the proposed  community  target of 50 percent GHG reduction will also require, at the very minimum  in 2036, the ability of alternative energy  sources  to  provide  about  73  million  GJ  of  energy,  while  lowering  GHG emissions by a further 46 percent or 6,376kt/year of GHG emissions.  

The  following  section  reviews  the  various  best  alternative  energy  sources considered  for  use  and  application  in  Calgary  and  sets  out  a  process  for  the selection and location of the technologies in the city.  

6.1 ENERGY SOURCES REVIEWED FOR CALGARY 

There  are  many  different  alternative  energy  technologies  available  for  urban environments. However, each requires a thorough understanding of the limitations in terms of integration within existing built environments and for new surrounding areas.  For  the  purposes  of  this  study,  alternative  energy  sources  identified  for testing and application where limited to current market technologies and fuels that have a proven track record in terms of cost‐effectiveness, technically proven either in Canada or in Europe, are commercially mature, are socially and environmentally acceptable  and  have  the  ability  to  reduce  GHG  emissions  by  increasing  energy efficiency  and/or  displacing  fossil  fuels.  The  following  energy  sources  were reviewed for displacing natural gas:  GeoExchange, also referred to as earth energy systems  or  geothermal  heat  pump  systems;  solar  air;  solar  hot  water;  energy sharing;  sewer  heat  capture  and,  district  energy.  The  remaining  energy  sources were  assessed  for  their  contribution  to  electricity  displacement:  photovoltaic; biomass; wind, and district energy with combined heat and power (CHP). 

GeoExchange  (Earth  Energy)35 

Using  the earth as an energy  source  is a well established process  for  the heating and cooling of buildings. Throughout the year, particularly  in the summer months, solar  energy  is  absorbed  by  the  Earth’s  surface.  The  ground  retains  the  thermal energy, resulting  in relatively constant ground temperatures over an entire annual season.  In order to extract or add heat, a heat pump is used. In the winter, a heat 

                                                                 35 The terms earth energy and geothermal energy tend to be used interchangeably. Earth energy systems rely on the stable temperatures of the Earth’s surface while a geothermal system derives energy directly from the core of the earth. Geothermal systems are widely used in Iceland, New Zealand, Japan, China, Mexico and certain parts of the United States. There are few places in Canada that lend well to the application of geothermal systems.  

Page 39: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

37  Energy Mapping Study  

Boston Solar Initiative           In  June  2007,  the City of Boston  joined the  inaugural  Solar  America  Cities initiative  launched  by  the  U.S. Department  of  Energy  (DOE).  The  half million Solar Boston program is designed to  encourage  the  widespread  adoption of solar energy in the City. As part of the initiative,  a  strategy  was  prepared  to encourage  the  installation  of  solar technology throughout Boston, including mapping  the  ideal  locations  for  Solar installations.    The  strategy  includes  the planning  and bulk purchase of  systems, financing and  installation of the systems through the organization of a non‐profit organization.     The goal of  the  initiative involves  increasing  the  amount of  solar energy  in  the  City  from  one‐half megawatt  today  to  twenty‐five megawatts  by  2015.  As  part  of  the initiative,  a  solar  on‐line map  has  been developed  that allows you  to see active renewable  installations  within  the  City and  calculate  the  solar  potential  of  a given roof‐top.   Source & Picture Source: http://www.cityofboston.gov/climate/solar.asp 

  

pump works to extract heat from the ground, while in the summer the pump can be used to provide air conditioning by moving hot air out of the building and down into the  soil.36  As  an  added  benefit,  the  systems  can  be  configured  to  supplement domestic hot water needs. A heat pump  can also be used  to  circulate hot water produced  from  solar  hot  water  collectors  and  heat  energy  transferred  into  the ground during the summer to be used during peak heating times in the winter. The process  is  applied  to  help  provide  the  base  load  of  thermal  heating  during  the winter for the Drake Landing residences in Okotoks.  

Earth  energy  is  exceptionally  efficient  in  terms  of  tapping  into  a  “free”  energy source.  This is because less energy is required to move heat than convert one kind of energy  into another. Earth energy has  the potential  to  significantly  reduce  the amount of natural gas used by buildings  in Canada. The reduction, however, does not appear to result  in a substantial decrease  in atmospheric emissions.   Although earth energy systems are applicable  to  the Calgary environment,  the requirement to  use  electricity  to  pump  fluids  results  in  the  potential  for  an  increase  in GHG emissions, although at levels lower than generated by natural gas. 

TABLE  6‐1  GEOEXCHANGE GHG  REDUCTION POTENTIAL 

 

Source:  CUI Model.  **Denotes  an  increase  in  GHG  emissions.  Increase would  change  to reduction if Alberta’s electricity generation system became less dependent on burning fossil fuel.   

Solar  Air  

Solar heating involves using the sun’s energy to reduce the energy required to heat a  building.  The most  established  form  of  solar  space  heating  is  in  the  form  of passive solar heating, which involves optimizing the thermal absorption potential of buildings  through  the  use  of  windows,  orientation,  darks  surfaces  and  heat retaining materials. The second option is through the use of active solar heating and involves using the mechanical energy to improve the solar energy transfer. A widely recognized application for solar air heating is the use of solar walls. Solar walls are similar to building cladding that create an air gap between the façade and cladding. Air within  the  gap  is warmed  from  solar  radiation  and  can be used  to preheat  a buildings  intake  air.   A  solar wall  can pre‐heat  air by  as much  as 17‐30oC, which 

                                                                 36 A heat pump is capable of boosting the latent thermal energy found in low temperatures sources up to temperatures suitable for space conditioning and water or process heating. A heat pump operates by transferring heat from a low temperature source to a higher source through the use of a condensing fluid. The fluid is generally in a gas state and is circulated through a system by a compressor. The hot and highly pressured gas is cooled in a heat exchanger. The hot gasses are then condensed, returning to a liquid state where the heat is transferred to a secondary fluid e.g. treated water that is then circulated for heating.    

Evaluation Factors  GeoExchange 

Capital Cost   $/GJ  $10 Operating Cost   $/Gj/yr  $15 Energy Displaced GJ  59,811,850 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  (1,414,123)** GHG Decrease kg/GJ  (23.64)** 

Page 40: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

38  Energy Mapping Study  

Schaffrath  Solar  Settlement, Gelsenkirchen, Germany          The  Schaffrath  community  is  a residential  area  constructed  in  the 1960s  and  was  retrofitted  in  phases between  2001  and  2004  to  be  more efficient. The area  is  served by district energy,  and  was  well  suited  to  the retrofit of a solar district energy system as  a  result  of  roof  slopes  facing  south and  where  generally  at  an  incline greater  than  30  degrees.  For  a  total investment  of  €3,  863,  000,  the  solar power plant produces 764 000 kWh of energy  annually.  A  total  of  29  photo‐voltaic  systems  are  located  on  63 building  rooftops  and  cover  an  area totaling 6,670m2. The 422 housing units in  Schaffrath  are  fed  by  the  solar system  located  on  the  roofs  and  the system  is  expected  to  pay  for  itself  in approximately  twenty  years.  Annual income  from  the  plant  is  €357,266 which  results  in  a  total  profit  of  €75, 337 per year.  Source: http://www.gelsenkirchen.de Picture Source: http://images.businessweek.com/ss/06/06/worldcup_stadiums/image/gelsenkirchen.jpg : Shows the Gelsenkirchen Science Park.  

drastically  cuts  down  on  the  amount  of  delivered  heat  required  from  a  primary energy  source. The application of  solar walls are  limited and  require buildings  to have  fresh air ventilation  loads. Overall, solar walls provide a high  level of natural gas displacement, but are limited in the potential application across the city.  

TABLE  6‐2  SOLAR  AIR  GHG  REDUCTION POTENTIAL 

Evaluation Factors  Solar Air 

Capital Cost   $/GJ  $100 Operating Cost   $/Gj/yr  $5 Energy Displaced GJ  8,373,659 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  220,706 GHG Decrease kg/GJ  26.35 

      Source: CUI Model. 

Solar  Hot  Water  

Large‐scale  solar  heating  for  individual,  multi‐building  developments  or  entire settlements  are  well  established  in  Europe,  but  the  market  remains  limited  in Canada with  smaller  domestic  systems  and  site‐specific  applications,  such  as  for swimming pools,  taking precedence. Although water heating  is  the second‐largest energy end use  in most  residences,  solar water heating  is only now beginning  to have a  larger uptake by energy consumers as  technological  challenges associated with  freeze‐protection  and  overheating  are  being  addressed,  and  the  associated cost  of  energy  continues  to  rise  for  fossil  fuels.  A  wide  range  of  solar  heating technologies  have  been  developed  from  flat‐plate  solar  collectors  to  more advanced evacuated tube assemblies.37 The basic principle is that a solar collector, generally mounted on the roof‐top, is used to transfer the heat of the sun to a fluid flowing  in  the area of  the collectors absorbing  surface. Most  solar water  systems tend  to be  connected  “up‐stream” of  conventional  systems  such as a mechanical heating system or electricity  from  the grid  to address  the potential  for prolonged system  interruption  from  cloudy  periods  or  extreme  winter  peak  heating requirements.  Calgary  has  the  added  advantage  of  being  located  in  one  of  the highest receiving areas for solar radiation  in North America, with over 1,757 titled surface solar days per year and 1,380 days horizontal surface days per year.38  The heat produced  can be used on  an  individual building,  in  a  centralized  residential 

                                                                 37 Liquid flat plate collectors are the cheapest design of solar‐hot water collectors. The plate is mounted directly to a roof or within a simple frame with flow tubes set in the absorption materials that allow fluid to be heated and circulated. An unglazed system is usually used for low temperature applications, such as heating a swimming pool, while a glazed liquid flat plate collector can achieve moderate temperature for use in domestic hot water.  38 A common practice to increase the performance of a solar collector in the winter is to tilt it so the surface is at an optimum angle to the horizontal.This allows the collector to receive maximum solar raditation when the sun is lower in the sky than if the plate where sitting on a horizontal plane. In Calgary, the tilted solar collector is likely to produce a more even level of radiation absorption to meet heating needs during the winter months.  

Page 41: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

39  Energy Mapping Study  

 Gasifying  Municipal  Waste  –  In Red Deer Alberta        The  City  of  Ottawa  was  the  first municipality  in  Canada  to  permit  the construction  of  a  100  tonne  per  day commercial  gasification  demonstration facility  by  Plasco  Energy  Group.  Similar to  systems  in  Europe,  the  waste conversion process begins by extracting all  materials  with  high  value  (i.e. recycling  and  reuse  potential)  and eliminating  hazardous  waste.  Waste  is converted  into a crude synthetic natural gas (syngas) and converted into a higher form  of  gas  (removal  of  containments) called PlascoSyngas.  The PlascoSyngas is further  refined  to  remove  all major  air containments  and  used  to  fuel  a combustion engine that produces steam to turn a turbine and for district energy. The  City  of  Red  Deer  will  be  the  first recipient of a commercial facility capable of producing 15MW of electricity.   More Information & Picture Source: http://www.plascoenergygroup.com/ Picture depicts schematic model of Ottawa plant. 

    

area or used to augment a district‐heating network. Expected reductions in natural gas consumption and emissions are substantial for solar hot water heating.39  

TABLE  6‐3  SOLAR  HOT  WATER  GHG  REDUCTION  POTENTIAL 

Evaluation Factors  Solar Hot Water 

Capital Cost   $/GJ  $150 Operating Cost   $/Gj/yr  $0* Energy Displaced GJ  41,868,295 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  2,987,602 GHG Decrease kg/GJ  71.35 

Source:  CUI Model.  *The  operation  cost  excludes maintenance  costs. Generally,  solar  hot water, which is a gravity systems has no operation cost.  

Energy  Sharing  

Energy  sharing  is a  form of waste heat  recovery  from  industrial process  that  can meet  the  base  building  heating  requirements  of  surrounding  facilities.    Excellent sources  of waste  heat  include major  pulp  and  paper  industry,  cement  industry, chemical plants, petroleum refineries, glass working industry, ore smelters and steel mills. While  this specific  form of energy sharing will be highly site dependant,  the system will generally include a method of reclaiming waste heat and transferring it to  surrounding  facilities.  Surrounding  facilities  will  typically  incorporate  a  heat pump to upgrade waste heat to useable qualities or space heating at each site. 

TABLE  6‐4  ENERGY  SHARING  GHG  REDUCTION  POTENTIAL 

Evaluation Factors  Energy Sharing 

Capital Cost   $/GJ  $100 Operating Cost   $/Gj/yr  $5 Energy Displaced GJ  2,392,474 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  63,059 GHG Decrease kg/GJ  26.35 

Source: CUI Model. 

Sewer  Heat  Capture  

Sewer heat recovery involves the capture of heat from municipal or industrial liquid waste. The process  involves tapping  into  local, renewable sources of energy. Most sewer flows have a natural heat presence of 10‐30oC. The “waste” heat present  in sewer water is a resource that can be used as a primary energy source. To capture the thermal energy, a heat exchanger is required. Heat exchangers can be installed directly into an actual sewer or are located externally to a sewer where the flow is 

                                                                 39 The requirement to provide for storage of heat during the most sunny days or back‐up from an electrical grid adds an additional complication and cost to undertaking larger scale solar district energy. This is largely due to the intermittent nature of solar energy, which means that solar hot water collectors are only able to generate peak levels of thermal heat for a very short period of time during any one year. This results in a lower capacity factor or utilization factor (annual energy generated to the amount which would be generated if the system were to generate at peak output 24 hours per day for a complete year). A typical fossil fuel plant has a capacity factor of around 80 percent, while a solar system might have 10 percent or less.  

Page 42: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

40  Energy Mapping Study  

Solar  Financing  –    Saarbrucken, Germany          Since the 1970s, the City of Saarbrucken has  worked  to  reduce  greenhouse  gas emissions  through  innovative  financing and  information  sharing  opportunities. The  local  utility,  Saarbruken  Energy Company,  has  focused  on  encouraging solar  and  wind  energy.  Among  the financial  incentives  used  includes providing  funds  for  private  power suppliers  of  solar  energy,  introducing linear  tariffs  for  the  use  of  solar  hot water  and  photovoltaic  energy,  co‐financing wind energy and providing free advice  and  training  for  passive  solar design  and  development  of  buildings.  The  City  encourages  the  development and ownership of privately owned  solar power plants.  To encourage  the uptake of  these  systems,  the  City  offers  low‐interest  loans.  The  program  is encouraging  the  installation  of  over 260,000  m2  of  solar  production  in  the City,  which  would  bring  production  to the amount 900 kWh of power.  The City has  also  initiatived  a  pilot  wind  park project  to  power  2,500  homes  and  is expected  to  reduce  GHG  emissions  by 6,500  tonnes.    The  City  has  also launched  a  training  facility  to  educate developers  and  home  builders  about solar  construction  and  energy  saving technologies.  Source: http://www.eaue.de   Picture Source: City of Saarbrucken, http://www.climateactionprogramme.org 

diverted  (similar  to  a  hydro‐electric  dam).  In  a  similar  process  to  geothermal application, a heat pump is required to boost temperatures from the warm sewage supply  to a higher  temperature  for use  in space heating and domestic hot water.  The  heat  can  be  easily  distributed  to  a  centralized  residential  area  or  a  district‐energy network. The  first distributed energy system of  its kind  in Canada  is being built for the South East False Creek Development  in the City of Vancouver, British Columbia.  From  an  environmental  impact,  sewer  heat  recovery  requires  a  high energy displacement  for electricity  as a  result of  sewer heat  serving  as  the main source  of  primary  energy.  At  the  same  time,  the  use  of  a  heat  pump  requires electricity from the grid, which results in increases in GHG emissions.   

TABLE  6‐5  SEWER  HEAT  CAPTURE GHG  REDUCTION  POTENTIAL 

Evaluation Factors  Sewer Heat Capture 

Capital Cost   $/GJ  $100 Operating Cost   $/Gj/yr  $5 Energy Displaced GJ  2,392,474 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  (56,565)** GHG Decrease kg/GJ  (23.64)** 

Source:  CUI  Model.  Denotes  an  increase  in  GHG  emissions.  Increase  would  change  to reduction if Alberta’s electricity generation system became less dependent on burning fossil fuel.  

 Photovoltaics(PV)  

In  addition  to  providing  water  and  space  heating,  solar  energy  can  also  be converted  into  electricity  using  photovoltaic  cells.  Systems  consist  of  semi‐conductor  cells  connected  together  and  mounted  into  modules.    Modules  are connected to an inverter to convert their direct current (DC) output into alternating current  (AC) electricity  for use  in buildings.   Photovoltaics supply electricity to the building they are attached to or to any other load connected to the electricity grid.  Excess electricity can be  returned  to  the grid when  the generated power exceeds the local need.  PV systems require only daylight, not sunlight to generate electricity (although more electricity  is produced with more  sunlight),  so energy  can  still be produced in overcast or cloudy conditions.  Similar to solar hot water, PV is one of the more economical alternative energy sources considered in this assessment. The centralization of  larger PV generating stations has generally been  limited by space availability  and  access  to  the  grid.  The  level  of  reductions  for  GHG  emissions  is among the highest for any of the technologies examined.40 

 

 

 

                                                                 40 The concentration of solar collectors (PV generating station) can contribute to generating electricity on a fairly large scale. A number of systems operate in the U.S. in hot and sunny climates, which enable the period of maximum electrical out‐put to closely match that of the period of maximum demand for air‐conditioning.   

Page 43: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

41  Energy Mapping Study  

 Integrated  Manure  Utilization System (IUMS), Vegerville Alberta           A  small  pilot  plant  near  Vegreville, Alberta,  uses  an  anaerobic  digestion system to produce biogas from manure. The  biogas  used  to  generate  electricity and heat. The pilot plant works on three 8  hour  cycles:  feeding  the  digesters, separating  the  solids  from  the  liquids and  nutrient  recovery.  Currently,  the IMUS system produces  just under 1MW of  electricity.  About  300  kW  of  this power  is  used  to  power  the  feed  lot, which  contains  about 36,000  cattle and produces  36  million  kg  of  manure annually  and  the  remaining  700  kW  is used  to  provide  over  700  homes  with electricity.    Future  development  of  the plant  will  boost  the  energy  output  to 3MW.  More Information: www.climatechangecentral.com/resources/IMUS.pdf 

  

TABLE  6‐6  PHOTOVOLTAIC  GHG  REDUCTION  POTENTIAL 

 

Source: CUI Model.  *The operation cost excludes maintenance costs.  

Biomass  

Biomass is normally considered a carbon neutral fuel, as the carbon dioxide emitted on burning has been  relatively absorbed  from  the atmosphere by photosynthesis and no  fossil  fuel  is  involved. Biomass generation produces electricity that can be used to displace building loads but is typically exported to the grid.  There are two types  of  technologies  used  with  biomass  sources,  including  combustion  and gasification.  Biomass  combustion  is  a  proven  technology  approach  used  across Canada with  a  variety  of  “waste  fuels”,  such  as  hog  effluent,  sawdust  and  bark, woodchips,  agricultural  waste,  municipal  waste,  sewage,  and  processed  and domestic waste. The major challenge for biomass combustion is meeting provincial or  local  requirements  for  air  emission  standards  from  stacks.  Gasification  is  an emerging  technology  in  Canada,  with  several  major  demonstration  facilities  in major  Cities.  Red  Deer,  Alberta  will  be  the  first  commercial  location  for  a gasification  system  built  by  PlascoEnergy.41    Biomass  generation  in  Alberta  has typically  been  constructed  at  locations  where  a  constant  source  of  biomass  is generated.  Fuel  transportation  costs  have  tended  to  limit  the  feasibility  of centralized biogas generation facilities.42 

TABLE  6‐7  BIOMASS  GHG  REDUCTION  POTENTIAL 

Evaluation Factors  Biomass 

Capital Cost   $/GJ  $250 Operating Cost   $/Gj/yr  $5 Energy Displaced GJ  37,571,439 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  7,608,216 GHG Decrease kg/GJ  202.5 

Source: CUI Model. 

 

                                                                 41 Gasification of biomass is another way of converting residues into useable forms of energy. Gasification is a thermal‐chemcial conversion of biomass under limited oxidation and moderate temperatures that result in converting biomass into low to mid energy content biogas. The benefit of biogas is that the gases can be used in any form of end device such as a boiler to produce heat and gas turbines to produce power.  42 There are a number of sources of large scale feedstock in Alberta including forestry waste (especially with increasing amounts of timber killed by mountain pine beetle), agricultural residue such as wheat straw and manure, and purpose grown energy crops such as sugar beets. The challenge with most of these sources is the transforming of biomass into a readily accessible source, such as wood pellets or a suitable liquid fuels for transportation and direct use in various combustion engines. 

Evaluation Factors  Photovoltaics 

Capital Cost   $/GJ  $650 Operating Cost   $/Gj/yr  $0* Energy Displaced GJ  5,474,865 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  1,382,404 GHG Decrease kg/GJ  252.5 

Page 44: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

42  Energy Mapping Study  

Malmö,  Sweden  (Western Harbour)     

  Malmö  is  the  commercial  centre  of southern  Sweden  and  an  international City with  270,000  residents.  As  part  of the  City’s  efforts  to  undertake intensification  and  revitalization  of  the  inner harbor, the City has developed the Western  Harbour  as  a  highly  efficient community  that  is  100  percent  fuelled by  local  renewable  energy  sufficient  to support  20,000  employees  and  10,000 people  for  housing.  The  entire  energy systems  is  sized  to  accommodate  for 90,000 m2  of  living  area  or  about  1000 apartment  units.    The  energy  system  is fuelled  by  several  sources,  including wind  power  from  a  nearby  generator, photovoltaics,  solar  hot  water  and  the use of a geothermal with the support of a heat pump system. The entire heating and  cooling  of  the  development  is met by  an  expansive  district  energy  heating grid that delivers about 5 million kWh of thermal  energy.    Among  the advancements  in  the  design  and development  of  the  community  is  the use of energy efficient buildings and the upset  energy  consumption  that  can  be consumed for any one property. The use of  an  average  annual  target  of consumption,  allowed  the  designers  of the  energy  system  to  optimize performance.  Each  unit  in  the Western Harbour  cannot  exceed  105  kWh/m2 of gross room area.   This measure includes  all energy related to heating, hot water, as well as electricity for households.   Source:  http://www.malmo.se/sustainablecity Picture Source: static.flickr.com/67/160348075_bab54f23b1.jpg for Western Harbour, Malmö  

Wind  

Wind  energy  is  one  of  the  most  cost  effective  methods  of  renewable  power generation. Wind turbines can produce electricity without carbon dioxide emissions ranging  from watts  to megawatt  outputs.  The most  common  design  is  for  three blades mounted on a horizontal axis, which is free to rotate into the wind on a tall tower. The blades drive a generator either directly or via a gearbox  (generally  for larger machines)  to produce electricity. The electricity  can either  link  to  the grid, charge batteries, or directly offset concurrent  loads  in  the building. An  inverter  is required  to  convert  the electricity  from direct  current  (DC)  to alternating  current (AC) for feeding into the grid. Southern Alberta (including Calgary) has better wind availability than most major cities in Canada.  As a result, wind generation is one of the more economical renewable energy sources considered in this assessment and can  contribute  to  significant  reduction  in  GHGs  when  compared  to  coal‐fired electricity.  

TABLE  6‐8  WIND  TURBINE  GHG  REDUCTION POTENTIAL 

 

Source: CUI Model.    *The operation cost excludes maintenance costs.  

District  Energy    

District  energy  is  a  recognized  approach  for  meeting  the  heating,  cooling  and domestic  hot  water  needs  of  buildings  and  can  support  the  process‐heating requirement of  local  industry. Most  district  energy  systems work  to manage  the thermal needs of energy consumers at both  the building and community  level.  In managing  energy, district  energy  can  accommodate  a  variety of different  energy demands of a building, industry or an entire community. District energy systems can be designed with a central energy plant, such as the ENMAX system  in downtown Calgary, or can have a number of multiple plants (a combination of several smaller systems)  that  are  interconnected  or  phased  in  through  new  developments  over time.  All  district  energy  systems  are  connected  through  a  series  of  pipes  that transport energy through steam, hot water or chilled water to buildings. A variety of  fuels  and  technologies  can be used  in  a district  energy  system  that  generates thermal  heat  and  electricity.  District  energy  systems  that  produce  both  thermal energy and electrical power use a process referred to as combined heat and power (CHP).  CHP  systems  work  to  recover  thermal  energy  that  would  otherwise  be wasted  in a electricity generator, and save the fuel that would have been used to produce thermal energy in a separate system. CHP is usually achieved by generating electrical power and having exhaust heat  recovered  from  the process  for heating water or producing heat to drive a turbine and generate electric power. Although traditional  sources  of  fuel,  such  as  natural  gas,  are most  common  as  a  primary 

Evaluation Factors  Wind 

Capital Cost   $/GJ  $300 Operating Cost   $/GJ/yr  $0* Energy Displaced GJ  5,474,865 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  1,382,404 GHG Decrease kg/GJ  252.5 

Page 45: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

43  Energy Mapping Study  

energy  source,  alternative  and  renewable  fuels  (solar power,  geothermal energy, biogas biomass,  and  reject heat  from  industrial  and municipal processes)  can be used  in  all  plants. District  energy  systems  are  also  flexible  in  that  the  source  of energy can be augmented with different types of fuel inputs such as solar hot water or biomass, if a low temperature systems is used.  TABLE  6‐9  DISTRICT  ENERGY  GHG  REDUCTION  POTENTIAL 

Evaluation Factors  District Energy 

Capital Cost   $/GJ  $184 Operating Cost   $/Gj/yr  $6 Energy Displaced GJ  59,811,850 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  1,449,510 GHG Decrease kg/GJ  24.23 

Source: CUI Model.   

TABLE  6‐10  DISTRICT  ENERGY  WITH  CHP  GHG  REDUCTION  POTENTIAL 

Evaluation Factors  CHP 

Capital Cost   $/GJ  $244 Operating Cost   $/Gj/yr  $4 Energy Displaced GJ  39,106,181 

Total GHG Decrease Tonnes C02e/yr  4,293,300 GHG Decrease kg/GJ  110 

Source: CUI Model.     

6.2 ENERGY SOURCES APPLICABLE TO CALGARY 

From the variety of cost effective and proven energy sources examined, each offers a number of new energy production opportunities for Calgary at a building site or neighbourhood level. Collectively, the net potential for reductions in GHGs and for the  displacement  of  natural  gas  and  coal‐fired  electricity  is  impressive.  Prior  to engaging  in  the  assessment  for  all  of  the  alternative  energy  sources,  two technologies,  sewer  heat  capture  and  GeoExchange,  were  excluded  from consideration due to their increasing contribution to GHG emissions.43  

The approach used to  identify the most applicable energy source that could meet the 6,376kt/yr GHG emission reduction goal was based on  the measure of  lowest cost  per  tonne  of  C02  reduced  when  considering  operating  cost  plus  debt repayment on capital cost as outlined  in Table 6‐11. This measure was applied for two reasons. First, by undertaking a cost assessment for each of the energy sources, the economic viability of the energy source could be evaluated in terms of cost per dollar of carbon. Secondly, maximizing the GHG reduction, at a reasonable cost, was assumed to be the most prudent approach to meet Calgary’s objective. In general, technologies with  lower combined costs per  tonne of C02  reduced were  favoured 

                                                                 43 Should the energy mix for Alberta change through the addition of other alternative or renewable fuel sources, such as wind, biomass or other sources to allow for the replacement or non‐reliance on centralized coal fired plants, these systems would be more viable in terms of their contribution to meeting Calgary’s GHG objective.  

Page 46: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

44  Energy Mapping Study  

over technologies with higher costs. However, factors such as feedstock availability and future fuel and technology flexibility for Calgary were also taken into account. 

TABLE  6‐11  COST  PER  TONNE  OF  C02  DIVERTED  FOR  EACH  ALTERNATIVE  ENERGY  SOURCE  BY  2036 

Energy Source Displaced  Technology  CDN Cost/tonne C02e Displaced Based On 10% Annual Repayment on Capital Cost* 

Gas  Solar Hot Water  $210 Gas  Energy Sharing  $569 Gas  Solar Air  $569 Gas  District Energy   $1018 Electricity  Biomass Substitution for Fossil Fuels  $148 Electricity  Wind  $119 Electricity  CHP  $258 Electricity  Photovoltaic  $257 Source: CUI Model * The 10 percent annual repayment assumed capital debt would be repaid over 20 years at an interest rate of 8 percent. For lower interest rates, the repayment period would be shorter and for higher rates it would be longer.  

With space heating as one of the highest demands for energy and cost to building owners in Calgary, the study focused on displacing heating energy through the use of natural gas and second through electricity generation. Although the concept of using  lowest cost technologies was followed, practical  issues were also considered in  the  selection  of  various  alternative  energy  sources. As  outlined  in  Table  6‐12, after wind generation, biomass substitution for fossil fuels in electricity generation, such as coal, has the lowest unit cost for reduction in GHG emissions. Theoretically, nearly  all  the GHG  emission  reductions  required  after  energy  efficiency  building improvements could have been achieved by substituting biomass for fossil fuels  in the Alberta electrical generation system.  

However, this  level of substitution would require significant transformation of the grid system,  in terms of displacing coal fired power. Furthermore, a detailed study on  the  long‐term availability of biomass and  the  impacts of such a change on  the Alberta  electrical  grid  has  not  been  undertaken. Moving  towards  a  grid  system based on biomass could be the subject of a separate specialized report and may be appropriate  as  the  recommendations  of  the  report  are  put  into  place.  For  the purposes  of  this  study,  the  level  of  displacement  of  electricity  generation  using biomass  was  degraded  to  a  level  that  could  support  the  development  of  a community scale 350MW plant that would be half the size of Toronto’s waterfront 550 MW Portlands Energy Centre system now  in operation. This represents about 20 percent of Calgary’s  electricity demand  in  2036  and  assumes  that  the  energy efficiency  improvements  outlined  and  other  alternative  energy  sources  reviewed are implemented.  

An excellent opportunity exists  to  incorporate biomass  into electricity generating systems  being  developed  within  Calgary,  such  as  the  proposed  Shepard  Energy Centre.  Currently,  preliminary  engineering  and  design  work  are  underway  to support a combine cycle turbine technology fuelled by natural gas. There might be some  potential  to  incorporate  biomass  into  the  fuel  mix,  but  a  full  detailed engineering feasibility study would be required to determine the practicality of this concept.  

Page 47: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

45  Energy Mapping Study  

The starting point for the selection and ranking of alternative energy technologies involved  maximizing  solar  hot  water  and  energy  sharing  based  on  various restrictions,  such  as  roof  top  coverage  for  active  solar  systems.  This  was  then followed  by  district  energy  in  terms  of  displacement  of  heating  capacity  using natural gas.  For electricity, a district energy system with CHP capacity was applied at a  level used by comparable systems elsewhere  in Canada and was  followed by the maximization of wind and biomass to displace coal fired electricity generation.44 Photovoltaics  where  not  required  to  meet  the  electricity  displacement requirements  to  achieve Calgary’s GHG  goal.   Although  costs  are  slightly  less  for photovoltaics relative to district energy systems with CHP capacity, district energy systems have the added benefit of being able to  incorporate other renewable and alternative  fuel  sources,  such  as  solar  hot  water  and  biomass,  and  are  more appropriate for the higher density communities proposed across Calgary due to the limited  roof area  in high density development  for  the distribution of photovoltaic panels.  

Relative  to  other  energy  sources  reviewed,  the  unit  costs  provided  for  a  district energy  system with CHP are high and  the overall availability of electricity  is  very low.  These  costs  and  electricity  availability  are  based  on  the  performance  of recently  built‐systems  in  Canada  and  assume  a  relatively  dispersed  heating customer base. Additional detailed modeling for CHP systems might reveal that the unit costs can be reduced in Calgary and the electrical yield increased relative to the estimates  in  this  report.  These  changes  would  improve  the  economics  of implementation of a strategy to achieve Calgary’s GHG reduction goals, but are not likely  to have an  impact on  the overall proposed approach  to apply  the  selected alternative energy sources. 

TABLE  6‐12  ALTERNATIVE  ENERGY SOURCES FOR  CALGARY  BY  2036  

Energy Source  Replaced 

Alternative Energy Source 

Energy Displaced As % 

Energy Displaced GJ 

Capital  Cost $ CAN 

Energy  Supply CDN Cost Reduction/Yr 

GHGs Reduced Tonnes C02e/yr 

Gas 

Solar Hot Water  70  41,868,295  $6,280,244,279  $373,809,984  2,987,602 Energy Sharing  4  2,392,474  $239,247,401  $9,398,200  63,059 Solar Air  14  8,373,659  $837,365,904  $32,893,702  220,706 District Energy  12  7,177,422  $1,322,532,944  $19,224,513  173,941 

Electricity  CHP  0.72  281,565  $6,867,427  $6,867,427  30,912 

Wind  14  5,474,865  $1,642,459,607  $154,912,342  1,382,404 Biomass  20  7,821,236  $1,955,309,056  $182,197,164  1,583,800 Photovoltaics**  n/a  5,474,865  $3,558,662,482  $154,912,342  1,382,404 

Source: CUI Model. **Provided for reference only and is not required to meet GHG goal for Calgary.  

                                                                 44 The role of biomass for displacing coal fired electricity generation is significant for several reasons. First, biomass substitution can improve the GHG reductions achieved for energy sharing and solar air over time. Secondly alternative energy sources removed from the model, GeoExchange and sewer heat capacity, are likely to be more positive in terms of GHG reductions with biomass fuelled electricity generation.  

 

Page 48: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

46  Energy Mapping Study  

The associated capital cost for undertaking the alternative energy sources and the Ultra High Efficiency building scenario is nearly $17.7 billion CDN. Although this is a substantial capital investment in infrastructure and energy efficiency improvements over  a  28  year period,  the  combined  simple payback period  is  approximately  12 years.  Investing  in energy efficiency  improvements starting now will contribute  to “future  proofing”  Calgary’s  economic  and  energy  infrastructure  by  not  only increasing the level of existing local generation, but also allow Calgarians to benefit from the potential that energy prices may rise faster than the rate of inflation. Also, capital  investments will  also  contribute  to  increases  in  local  labour  employment, which could also be beneficial to Calgary’s economy.  

Overall, Calgary can displace almost 60 million GJ/year of natural gas  through the combined use of solar hot water, energy sharing, solar air and district energy, which would equate to a reduction in 3,445kt/year of GHG emissions. With the added use of a district energy system with a CHP and wind generation and the substitution of biomass for fossil fuel electricity generation at source, the remaining 2,997kt/year of GHG  reduction  could be achieved and  the Calgary GHG  reduction objective of 5,772kt/year  in  GHG  emissions  for  buildings  obtained.  A  summary  of  the  GHG reduction strategy is provided in Table 6‐13. 

TABLE  6‐13  SUMMARY  OF  MEASURES REQUIRED  TO  MEET  CALGARY’S 2036 GHG  GOAL FOR  BUILDINGS 

Source: CUI Model. 

 

Approach  C02e Reduction tonnes/year 

Net  C02e tonnes/yr 

CDN Capital Cost  Energy  Supply CDN  Cost Reduction/ yr 

Energy  Supply CDN Cost/yr 

Buildings  Business as Usual 

0  19,822,751  0  $0  $2,343,881,314 

Ultra High Efficiency 

5,879,938  13,942,813  $5,385,886,258  $701,369,483  $1,642,511,831 

Alternative Energy Sources 

  5,990,813  7,567,000  $12,345,833,461  $918,196,871  $723,694,960 

Alternative Energy Operating Cost 

        ‐$138,893,538  $862,588,498 

Totals    11,870,751  7,567,000  $17,731,719,719  $1,481,292,816  $862,588,498 

Page 49: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

47  Energy Mapping Study  

7 LOCATING  ALTERNATIVE  ENERGY  SOURCES  – CALGARY ENERGY MAP 

The use of any of the energy sources examined is dependent on a number of factors from technological development to economic feasibility. Another  important factor is assessing the viability of an energy source for use  in a given urban environment relative  to  the  specific  type of pattern of energy demand  for a given  city. Energy demand can be characterized as energy use applications, which can consist of space and  water  heating  and  cooling,  residential,  commercial  and  municipal  lighting, industrial process, and any other activity requiring the use of heat or electricity. The distribution  and  breakdown of  the  energy  use  applications  varies  across  the  city relative  to  land use  and built  form  and directly  impacts on where  an  alternative energy source can be applied.  

This section outlines where an alternative energy source can be maximized for use in Calgary to meet future energy demands for the city.45  

7.1 ENERGY MAPPING PROCESS 

The  information  generated  from  the  building  energy  scenario  development assessment and alternative energy sources was incorporated to project the energy use patterns for Calgary to 2036. The process involved using the future projections of  built  form  provided  by  the  City  of  Calgary  for  residential,  commercial  and industrial development  into  the seven building  types  identified  for  this study  (see Appendix B for the mapping process). The energy intensity factors prepared for the building  energy  efficiency  scenarios were  applied  to  the  relevant  Plan  It  Calgary land uses to create the Business as Usual and Ultra High Efficiency Maps.  

To  adequately  assess  the  levels  of  energy  demand  that  could  support  the alternative energy sources in a cost effective and GHG reduction manner, a primary measure of energy was selected to display land use energy impacts, GJ per hectare (GJ/ha).  Density  in  terms  of  number  of  dwelling  units  per  hectare  or  units  per hectare, as well as jobs or people per hectare can all be used as a proxy measure to assess  the  various  levels of  thermal  load density  (thermal  load  is  the  amount of energy per  land  area)  for  a  community.46 At  the  same  time, density  is  limited  in terms of capturing  the potential  for overall GHG  reductions or  the  likely  financial 

                                                                 45 To adequately evaluate the full capacity of each energy source to be integrated into the City of Calgary requires a detailed feasibility study for each technology to determine the local design opportunities and constraints. The assessment provided in this report is intended to offer policy direction and does substitute or replace the need for a detailed technical feasibility study for each alternative energy source discussed.  46  Density impacts energy demand. The higher the density for a community, the higher the energy demand for the built enviroment. Conversely, low density can suggest the potential for less energy demand within the built environment, but higher requirements for transporation. To fully assess the impact of land use, both transporation and land use energy impacts need to be considered together to evaluate options for the reduction in the consumption of GHG emissions.  

Page 50: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

48  Energy Mapping Study  

viability  for  an  alternative  energy  source  and  cannot  display  energy  efficiency improvements in the built environment across a city. 

The GJ/ha metric has gained  increased support within the planning community to assess the appropriateness of land uses and built form from an energy consumption perspective.47  The  GJ/ha  measure  represents  the  estimated  amount  of  space heating and cooling, hot water and electricity that would be consumed annually per hectare at full build out by 2036.  

For  the  alternative  energy  sources map,  a  high GJ/ha  value  (greater  than  3,000) suggests  that certain alternative energy sources will be more economically viable, such  as  district  energy  systems  or  a  system  with  CHP  capacity  due  to  lower infrastructure costs per unit of building development and  is a good  indicator  that further investigation of a district energy system should be considered. Alternatively, a  lower GJ/ha (lower than 3,000) measure suggests that certain alternative energy sources that have a  lower energy density capacity, such as solar thermal, solar air and  photovoltaics,  are more  appropriate  for meeting  the  heating  and  electricity demands for energy consumers. 

7.2 CALGARY ENERGY MAPS 

Three GJ/ha maps have been prepared to illustrate the energy use in Calgary. For all the maps, existing sources of energy generation within Calgary are displayed. 

The  first map, Figure 7‐1, presents  the Business as Usual Scenario  (BAU)  to 2036 and  illustrates  all  new  development  being  built  to  existing  energy  efficiency standards  set  out  in  the  Alberta  building  code.  The  BAU  would  result  in  a  net increase in GJs of 45 million/yr and GHG emissions of 6,753 kt of GHG emissions.  

The  second  map,  Figure  7‐2,  illustrates  the  Ultra  High  Efficiency  proposed improvements  in  the built environment. Collectively, across Calgary,  there  is a 33 percent  reduction  in  the average amount of GJ/ha  for all  land uses between  the BAU and the Ultra High Efficiency Maps.  

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                 47 Another widely applied energy and GHG metric currently used to assist land use and transportation planning is vehicle kilometers traveled (VKT). 

Page 51: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

49  Energy Mapping Study  

FIGURE  7‐1  BUSINESS  AS USUAL  MAP  2036 

 Source: CUI.  

Page 52: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

50  Energy Mapping Study  

FIGURE  7‐2  ULTRA‐HIGH  EFFICIENCY  SCENARIO  MAP 2036 

 Source: CUI.  

Page 53: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

51  Energy Mapping Study  

The  third  map,  Figure  7‐3,  outlines  where  alternative  energy  systems  can  be located.  All  energy  sources  reviewed  for  displaying  natural  gas  are  presented including, solar hot water, energy sharing, solar air, and district energy. The location of solar hot water is extensive and requires nearly all low‐rise residential roof tops to  be  utilized.  Energy  sharing  opportunities  are  located  only  in  industrial  areas where there is an opportunity to capture waste heat from industrial processes and is associated with the potential for district energy.   

For  electricity  displacement,  only  photovoltaics  are  presented  on  the  map  for illustrative  purposes. Wind  energy  opportunities  are  highly  dependent  on  wind speed and the widespread application within Calgary is limited due to suitable land availability. Although wind turbines occupy a relatively small area of  land,  in order to provide  sufficient energy production  for Calgary an energy  scheme  involving a group  of  wind  turbines  would  be  required  over  a  larger  area  to  prevent aerodynamic interference and the impairment of performance. One area identified by City of Calgary staff for the potential of an  inner urban wind‐turbine  farm  is  in the North West part of Calgary.48  

The majority of biomass locations within the city, such as waste treatment facilities and  landfills,  are  already  harnessed  for  electricity  production  through  the conversion  and  use  of  methane.  Every  opportunity  to  harness  new  sources  of biomass, such as the development of an anaerobic digester for a new wastewater treatment facility, can contribute to the production of electricity and further offset Calgary’s GHG emissions.  As noted earlier, if additional generation technologies are built  within  the  boundaries  of  the  city,  such  as  the  proposed  Shepard  Energy Centre, consideration  should be given  to whether  systems can  include  the use of biomass. Increasing the application of biomass can further reduce the use of other alternative energy sources, such as solar hot water, which would reduce costs and improve implementation. Instead of thousands of solar hot water collectors, only a few central biomass facilities would be required. 

With  improvements  in  technology  for  photovoltaics  changing  rapidly,  it  is anticipated  that  the capital and operating costs will come down over  the next 28 years and  improve  the  financial performance of  these systems. At the same  time, there are a number of programs and incentive packages operating to encourage the development  and  installation  of  photovoltaics,  including  a  proposed  energy consumer  package  from  a  local  utility  provider  that  will  encourage  residential building owners to generate local power through solar hot water and photovoltaics and earn  credit  for excess generation  that  is  fed back  into  the Alberta electricity grid. This package encourages Calgarians to be generators of electricity and to use the Alberta grid system as a place for energy storage. Recognizing that these types of  incentives  and  utility  packages  can  promote  the  use  of  photovoltaics  more quickly, the map illustrates where these types of systems might be most applicable.  

 

                                                                 48 A full wind analysis assessment would need to be undertaken to assess economic and energy production viability.   

Page 54: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

52  Energy Mapping Study  

FIGURE  7‐3  LOCATION  OF  ALTERNATIVE  ENERGY  SOURCES  MAP  2036 

 Source: CUI. 

Page 55: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

53  Energy Mapping Study  

7.3 A REVIEW OF CALGARY LAND USES 

An assessment of the various alternative energy sources is provided below for each of the major land use classifications for Calgary.  Each table provides the percentage change for each building type expected to occur in each of the land use categories by 2036  and  the  total GJ/ha using  the Ultra High  Efficiency building  scenario  for each of the land use types.  

Activity  Centres  

Over  the next 50  years,  change  and growth  is expected  to  impact most  areas of Calgary,  particularly  the  12 major  Activity  Centres.  These  areas  are  identified  as providing a mix of uses that accommodate a significant concentration of  jobs and population.   The  largest and pre‐eminent centre  is  the Centre City. Among all  the land uses  for Calgary, Activity Centres have among  the higher consistent  levels of GJ/ha and are ideally suited to accommodate district energy schemes.  As a result of the relatively high capital costs associated with district energy networks, areas that have a high, constant demand for energy, such as the Activity Centres, tend to be more economically  justifiable areas  to  invest  in district energy  systems.49 Activity centres offer  the added benefit of producing a variety of energy demand profiles from the mixed uses that allow district energy plants to run at maximum efficiency in terms of energy production, but also ensure a better return on investment. Types of  land  configurations  located within  activity  centres  that  support district  energy networks include: multiple buildings and campuses under single ownership, such as universities,  hospitals,  institutions,  retail  facilities  and  government  agencies.  It  is noted  that  the  density  of Activity  Centres  precludes  the  application  of  solar  hot water  technology  and  photovoltaics  for  a  significant  portion  of  heat  supply  and electricity generation. This reality further supports the concept of applying district energy technology in Activity Centres. 

TABLE  7‐1  ACTIVITY  CENTRES  PERCENTAGE  CHANGE  NEW  BUILDING  TYPE  AND  GJ/HA 

Land Use  Residential Commercial Industrial  GJ/ha  Single 

Detached Ground Oriented 

ApartmentLow Med High Low Medium High 

Centre City  ‐16  ‐14  0 0 94 0 0 36  0  14,723Major Activity Centres 

‐.7  11  30  11  31  0  21  4  0  30,730 

Community Activity Centre 

‐11  32  27  36  0  0  16  0  0  3,254 

Source: City of Calgary and CUI Model. *Negative number indicates a decrease in an expected building type. 

  

                                                                 49 Building size is another important determinant for the economic viability of district energy networks. Larger buildings provide a steady revenue source that covers the cost of the energy and amortizes the connection cost. The connection cost per unit tends to be much higher for single family homes than it is for larger residential high‐rises and commercial office buildings.  

Page 56: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

54  Energy Mapping Study  

Corridors  

The  Corridors  provide  important  connections  between major  destinations within Calgary. Over  the next  28  years,  the Corridors  are  expected  to  support  a mix of medium  to  higher  density  residential  development,  commercial  and  institutional uses adjacent to residential neighbourhoods. Among the priorities for the Corridors is  encouraging  intensification of people  and  jobs  to  support  local  retail  and high order transit. A defining characteristic of the Corridors is the focus on mobility and larger  boulevards  that  create  opportunities  to  encourage  solar  energy  use.  The  GJ/ha area for urban corridors is significant and adequate to support larger central district energy networks. There is excellent opportunity to interconnect a variety of district  energy  systems  between  Major  Activity  Centres  through  the  Urban Corridors allowing for a city wide district energy network.   

Although the GJ/ha for Neighbourhood Corridors is sufficient for the application of district energy, the requirement to have  longer runs of piping for areas supported or  immediately  adjacent  to  Major  Activity  Centres  and  other  supportive infrastructure  to  accommodate  an  expanded  block  style  of development  are  not likely to make a district energy system economically viable. Alternatively, solar hot water  technologies  can be  readily accommodated on  larger  flat  roof areas  found along Corridors. For instance, solar hot water technologies can be easily retrofitted to accommodate existing types of buildings. Corridors also present an opportunity to improve the technical feasibility and economic viability of solar hot water energy sources by linking several buildings together through smaller distributed networks. The  added  benefit  of  integrating multiple  systems  is  the  ability  to  balance  out individual loads and take advantage of larger, shared heat storage facilities.  

TABLE  7‐2  CORRIDOR  PERCENTAGE  CHANGE NEW  BUILDING  TYPE AND  GJ/HA 

Land Use  Residential Commercial Industrial  GJ/haSingle 

Detached Ground Oriented 

ApartmentLow Med High Low Medium High 

Urban  Corridors 

‐63  ‐5  81  67  0  0  15  5  0  6,158 

Neigh‐ bourhood Corridor 

‐1146  249  400  376  0  172  50  0  0  3,057 

Source: City of Calgary and CUI Model.  *Negative number indicates a decrease in an expected building type. 

Developed  Communities  

Developed  communities  represent  a  diversity  of  residential  housing  types  built between 1930 and 1980. The defining characteristic of  these neighbourhoods  is a mix of low and medium density and mixed use development patterns that support walking and offer a variety of destinations,  in terms of convenient shops, services and  community  recreational  facilities.  From  an  energy  perspective,  established communities  represent  the  majority  of  the  built  environment  that  requires extensive energy  retrofits  to achieve a minimum energy  reduction of 25 percent.  Among the alternative energy sources examined suited to a majority of the homes located  within  established  Calgary  communities  is  solar  hot  water  for  heat. Photovoltaics, although not  required  for electricity generation needs, can also be supported in these communities.  

Page 57: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

55  Energy Mapping Study  

TABLE  7‐3  DEVELOPED  PERCENTAGE  CHANGE NEW  BUILDING  TYPE  AND  GJ/HA   

Land Use  Residential Commercial Industrial  GJ/ha  Single Detached  Ground Oriented Apartment

Low Med High Low Medium High Inner City  ‐457   343 36 0 0 ‐21 0 0  0  2,025Established  0  0  0 0 0 0 0 0  0  1,081Recent Communities 

0  0  0  0  0  0  0  0  0  2,952 

Source: City of Calgary and CUI Model. *Negative number indicates a decrease in an expected building type. 

Developing  Communities  

It  is  expected  that  development  in  Calgary  over  the  next  10  years will  continue along  the  edges  of  the  City,  although  the  majority  of  growth  will  be  directed towards the Activity Centres and Corridors. Developing communities represent the best opportunity  to achieve high  levels of energy efficiency. A good example of a new development integrating high efficiency improvements is the McKenzie Towne development. This development is drawing on the use of solar hot water collectors and natural gas fired geothermal  loops to reduce overall energy consumption and energy cost for new home purchasers. The Drake Landing Community in Okotoks is another  example  of  a  master  planned  neighbourhood  that  has  effectively integrated energy efficiency  improvements. All homes are built to the R‐2000 and Alberta Built Green Gold Standard and over 90 percent of space heating needs are met through solar hot water collectors. Another larger scale sustainable community design is Dockside Green in Victoria, British Columbia. All buildings at Dockside are designed to achieve a 50 percent energy efficiency  improvement over the MNECB and are  supported by a neighbourhood 2MW biogasification district energy plant fuelled with wood waste. Each of the systems have required changes to permitted building designs, as well as zoning and setbacks to accommodate maximum passive solar gain, as well as active solar support  for titled surfaces.  

TABLE  7‐4  DEVELOPING  PERCENTAGE CHANGE  NEW  BUILDING  TYPE  AND  GJ/HA 

Land Use  Residential Commercial Industrial  GJ/ha  Single 

Detached Ground Oriented 

ApartmentLow Med High Low Medium High 

Unplanned Residential 

64  8  11  7  0  9  1  0  0  420 

Planned Residential  84  3  0.5 0 0 12 0.5 0  0  1,604Major Activity Seton  0  14  29 10 31 0 13 3  0  4,425

Source: City of Calgary and CUI Model. *Negative number indicates a decrease in an expected building type. 

Industrial  Areas  

Calgary has a number of large industrial areas in the northeast around the airport, southeast and in the central part of the city. It is anticipated that all industrial areas will  continue  to  have  tracts  of  land  with  the  flexibility  to  accommodate  the intermixing  of  various  industrial  types.  Industrial  areas  represent  an  excellent opportunity  to  encourage  energy  efficiency  improvements  through  partnerships and networks amongst industry. An emerging district planning approach in Alberta is the designation of eco‐industrial parks. The first eco‐industrial park was opened in Hinton, Alberta. The eco‐park was part of  a  larger  strategy  to encourage  local 

Page 58: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

56  Energy Mapping Study  

economic  growth  by  attracting  green  enterprises  and  incorporates  a  number  of progressive  design  guidelines  through  zoning,  including  the  requirement  for  all buildings to be 25 percent better than the MNECB and that all developers consider using passive solar heating, active solar heating, and energy sharing through district energy  networks.    Two  types  of  energy  sources  examined  are  well  suited  to industrial  locations,  particularly  energy  sharing  (capture  of  waste  heat  from industrial processes) and solar air. Commercial and  institutional facilities require a high volume of make‐up air to meet  indoor air quality standards. The Solar Wall  is one  technology  that  can preheat  air before  it  enters  the building  and displace  a sizeable amount of energy required by commercial and industrial users. The capture of waste  heat  from  industrial  processes  through  district  energy  networks  is  also viable in industrial areas across Calgary, where there is a higher GJ/ha. As a result of the vary energy demands  in  industrial areas due to processing, specific alternative energy assessment options should be carried out for all industrial areas in Calgary. 

TABLE  7‐5  INDUSTRIAL  PERCENTAGE CHANGE  NEW  BUILDING  TYPE  AND  GJ/HA 

Land Use  Residential Commercial Industrial  GJ/ha  Single 

Detached Ground Oriented 

ApartmentLow Med High Low Medium High 

Industrial Residential Mix 

‐0.04  0  24  3  0  0  0  0  73  3,338 

Business Industrial 

0  0  0  0  0  0  0  0  100  1,281 

Established Industrial 

‐7  0  0  0  0  0  0  0  107  1,130 

Standard Industrial 

0  0  0  0  0  0  0  0  100  703 

Source: City of Calgary and CUI Model *Negative number indicates a decrease in an expected building type. 

From  the new  intensification  redevelopment directions being proposed  for major Activity Centres and Corridors in the city, a wide range of alternative energy sources can be  accommodated over  time, particularly district energy.   At  the  same  time, new neighbourhoods, especially in Developing Communities, will need to promote a diversity  of  housing  choice,  as  well  as  commercial  and  local  employment opportunities  that  are  structured  to  be  compatible  with  the  integrated  energy planning and conservation strategy outlined in this study.  

7.4  ENERGY AND CALGARY LAND USE PRIORITIES 

Calgary’s  projected  energy  pattern  directly  contributes  to  and  supports  the  key policy  directions  for  land  use  and  mobility  established  by  the  City  of  Calgary. Managing where  and  how  growth will  be  accommodated  over  the  next  25  –  50 years  will  be  important  not  only  for  ensuring  that  the  natural  environment  is protected and that Calgary’s economy can remain strong and communities inviting and vibrant, but also affordable in terms of energy cost and supportive in terms of meeting Calgary’s proposed community GHG emissions reduction target.  

Providing  for  a  balanced  approach  between  Established  Communities  and  New Greenfield  Communities  will  contribute  to  enhancing  transit  service,  while  also improving  the  energy  distribution  and  consumption  pattern  for  Calgary.  Also, 

Page 59: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

57  Energy Mapping Study  

directing  growth  in  newly  developing  areas  can  provide  an  ideal  opportunity  to advance  the  use  and  application  of  various  integrated  urban  energy  systems  to develop  smaller distributed networks  for meeting domestic hot water  and  space heating needs.  

Across Calgary, the higher energy  intensity patterns reflect the  importance placed on  encouraging  higher  density  development,  such  as  along  Corridors  and within Major Activity Centres to support the existing and planned expansions for the LRT system  and  other  transit  options.  Increasing  density  in  these  areas  achieves  a variety  of  priorities  from  a  greater  diversity  of  housing  choices  to  more concentrated  local employment and retail opportunities  in a more compact urban form.  It also supports  the  location of district energy  facilities  that can  integrate a variety of fuel types, including biomass.   

The encouragement of  intensification along Corridors and  connecting  the Activity Centres by a  series of mixed‐use  streets complements  the use of  solar hot water systems,  particularly  in  a  distributed  energy  generation  scheme,  as  well  as photovoltaics.  The opportunity to optimize existing public infrastructure to capture rejected heat from municipal services, such as waste water treatment facilities and other biomass sources are also supported by the energy profile of Calgary. 

How the city chooses to manage growth and energy with future development will require that policy from the strategic planning level through to the implementation strategies links the goal of connecting Calgary’s proposed community GHG target to strategies to implementation. 

 

 

Page 60: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

58  Energy Mapping Study  

8 OVERCOMING  CHALLENGES  TO  IMPLEMENTING THE  ENERGY  MAP:  STRATEGIES  AND  POLICY RECOMMENDATIONS 

The  integrated  energy  approach  developed  for  the  Calgary  recommends  high standards  of  energy  efficiency  for  the  built  environment  to  reduce  demand  for energy  and  a  package  of  alternative  energy  supply  sources  that  can  significantly reduce energy costs, while also improving security of energy for the safe operation of businesses and residences. The principles for an  integrated and energy efficient design  are well  established  for  the  city.  In  order  to  implement  them,  it will  be necessary to disseminate the information and have support from a broad range of local stakeholders  to  implement. Utilities and private sector agencies will want  to invest in alternative energy sources that have established markets to serve and can provide  a  reliable  return on  investment.  It  can  also be expected  that  the City of Calgary  will  want  to  invest  in  energy  efficiency  programs,  but  might  lack  the immediate capital to do so because of restricted budgets.  

Considering the magnitude of the capital investments proposed and the preliminary economic  feasibility assessment developed, a  full sensitivity and  financial strategy should  be  prepared  to  better  account  for  the  capital  phasing  and  financing arrangements  that  could  be  undertaking  by  the  City  of  Calgary  or  other  private sector firms to advance the development of the integrated energy planning strategy in addition to land use and mobility policies. 

Overcoming  the challenges  to  the  implementation of  the energy map will  require innovative approaches that encourage community support, reduce capital costs and the  requirement  to make  energy  part  of  the  official  planning  and  development process  for  all  land  use  decisions.  The  policy  recommendations  put  forward  are designed  to help  the City of Calgary consolidate  its position as a  leader  in energy efficiency and provide direction on connecting land use and energy efficiency. 

Integrate  Energy  Objectives   into  the  MDP  

An  important  policy  step  that municipalities  are  taking  to  encourage  action  on energy  issues  is  incorporating  energy  objectives  into  various  official  documents, such as a municipal development plan (MDP). Success in locating alternative energy sources  for  communities,  such  as  Strathcona,  Alberta;  Markham,  Ontario;  and North  Vancouver,  B.C.  have  commenced with  incorporating  energy  principles  or specific technologies into the long‐term sustainability objectives of the community, forming part of the vision for the future of a city.  

For  the  City  of  Winnipeg,  the  local  Council  adopted  broad  energy  efficiency principles  for  Plan Winnipeg  that  recognized  the  importance  of  using  integrated planning  to  reduce motorized  transport  and  promote  compact  urban  form  and mixed land uses.  The long‐range plan also explicitly outlined that energy efficiency should  be  encouraged  through  land  use  tools  in  subdivision  design,  land  use 

Page 61: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

59  Energy Mapping Study  

A. Recommend Action: The City of Calgary adopts the following energy principles within the Municipal Development Plan: 

• Promote  energy  efficiency  building  design  and  practices  for  all  building  types,  residential, commercial, institutional and industrial.  

• Encourage planning, design and construction of energy efficient neighbourhoods and buildings to reduce energy consumption and to lower greenhouse gas emissions through policies to be incorporated into the plan.  

• Minimize  the  physical  separation  of  activities  and  to  encourage  development  density  that supports mass transportation and the application of district energy systems. 

 

planning,  home  retrofitting  and  building  code  requirements,  and  incentives provided to encourage energy efficiency.  

Incorporating  energy  related  objectives within  the  Calgary MDP will  establish  an important policy foundation that will contribute to guiding staff, residents and local developers  for  the  next  five  to  ten  years  or  more.  The  establishment  of  the objectives should be done in cooperation with community stakeholders to improve the uptake and support for energy efficiency improvements.  The language adopted within  the MDP  should be  general  enough  to  accommodate  changes  in planning directions and technology, while providing confidence to all City of Calgary staff to undertake robust energy planning measures from day one. Going beyond the MDP, all Area  Structure  Plans  (ASPs), Community  Plans  (CPs)  and Area Redevelopment Plans  (ARPs)  should  also  include  direction  and  guidance  for  achieving  energy objectives. The GJ/ha metric can be used to guide the overall energy expectations for  development  in  all  plans  and  can  be monitored  through  energy  certification forms discussed below.  

       

 

    Adopt  The  Energy  Maps  

Alternative energy systems, such as the district energy, are more cost effective,  in terms  of  financial  and  economic  performance,  when  they  are  connected  and integrated  to  serve  a  large  number  of  buildings.  Across  Canada,  the  use  of alternative energy sources has been restricted for a variety of reasons including:  

• Cost in terms of long and short term returns on investment; • Concern that alternative energy systems can over complicate the planning 

and development process; • Difficulty  in  coordinating  planning  among  various  agencies  and  interest 

groups involved with alternative energy sources; • Permitting, zoning and regulatory constraints. 

 Incorporating alternative energy  sources  into  the planning process and municipal bylaws can support the rapid up‐take and application of energy sources. Land use policies are at the top of the energy management decision making process and can directly impact on the energy decisions at the building or site level.  The Ultra High Efficiency Map  and  Alternative  Energy Map,  establishes  an  energy management hierarchy  that  encourages  application  of  specific  energy  sources,  such  as  district 

Page 62: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

60  Energy Mapping Study  

energy, photovoltaics and  solar hot water  for a variety of  land uses.   Developing energy zones  to designate priority areas  for building energy  improvements or  the application of alternative energy sources based on the energy map, can provide the City  of  Calgary with  a  land  use  approach  to  encourage  an  energy  efficient  built environment.  

Communities,  such  as  the  City  of  North  Vancouver,  B.C.,  and  a  number  of communities  in Europe  including Vaxjo,  Sweden and  Saarbrucken, Germany have created energy zones.   Energy zones are  intended to set out specific development standards for building design and development in terms of energy efficiency, as well as encourage the application of alternative energy sources within a community. For the  City  of North Vancouver,  a  service  area  bylaw was  adopted  that  established priorities  for  the  development  of  a  district  energy  system  and  introduced  the requirement  for  buildings  to  connect  to  the  service.  The  policy  follows  the precedent  relating  to  provisions  for  sidewalks,  roads,  sewer  connections  and stormwater  management.  A  similar  bylaw  is  to  be  introduced  in  the  City  of Whitehorse that will mandate the requirement to minimize energy standards in all new buildings. 

In the City of Toronto, blanket zoning has been introduced to encourage the direct application of renewable energy and generation and distribution.  In March of this year, the City of Toronto introduced a zoning bylaw to allow for the capture, selling and distribution of energy using renewable energy sources or a district energy CHP system. The zoning bylaw is designed to encourage the wider uptake of renewable systems by providing “as‐of‐right” zoning permission. This enables business owners and  residents  to  not  have  to  proceed  with  minor  variance  changes  or  other regulatory building permissions in order to save energy and reduce GHGs.50 

In addition to using energy zones and land use bylaws, there is also the requirement to  update  the  Ultra  High  Efficiency Map  and  Alternative  Energy Map when  the Calgary MDP  is  reviewed. As new development occurs  in planned greenfields and infill  and  redevelopment becomes established  for major parts of Centre City  and other Major Activity Centres, changes will have occurred  in the energy pattern for Calgary.  These  changes  will  need  to  be  accounted  for  in  terms  of meeting  the proposed community GHG  target  for Calgary, as well as  for  the use of alternative energy  sources.    Some municipalities,  such  as  the City of Boston,  are developing interactive  on‐line  maps  to  help  residents  and  businesses  understand  the importance of energy in a community and to promote active monitoring of energy.  

 

                                                                 50 The zoning bylaw was introduced in accordance with a new comprehensive incentive program for home and business owners to encourage retrofits and the installation of alternative energy systems.  

Page 63: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

61  Energy Mapping Study  

B. Recommend Action: The City of Calgary adopts the ultra‐high efficiency scenario map and alternative  energy  sources map  as  part  of  the Municipal  Development  Plan.  The maps should  be  updated  from  time  to  time,  in  keeping  with  the  schedule  for  updating  the Municipal  Development  Plan.  Consideration  should  also  be  provided  to  developing  a version of the maps for on‐line use to promote energy efficiency and conservation. 

 

 

 

     Encourage  Higher  Building  Standards  Using  Indicators  

The  success of  integrated energy planning and development  can be measured  in terms of minimizing the cost of meeting social and economic needs of a city, where costs  incorporate all externalities of urban consumption. Energy focused  land use, siting and building regulations can achieve this by reducing energy demand or the rate of growth of energy demand by minimizing the energy requirement.  Selecting the  right  indicators  to monitor  the  level of energy consumption  for a  community can  be  challenging,  since  decision‐making  is  increasingly  requiring  complex technical  and  institutional  information  to  make  efficient  and  equitable  urban development decisions.  

The use of the GJ/ha and other monitoring measures, such as the cost of C02e/yr, can  provide  high  level  guidance  for  decision  makers.  Understanding  how  the decision  to  approve  a  development  can  impact  Calgary’s  overall  energy  use  and GHG  goals  can  be  achieved  through  a  variety  of  planning  and  building  approval polices.  

One approach that has garnered wide recognition as a best practice for integrating policy with objectives and  targets, and monitoring energy  reduction  is  the use of sustainability  checklists.  Checklists  can  serve  as  either  a  regulatory  or  non‐regulatory measure as part of the building approval process. Checklists are usually adopted  through a bylaw and  requires  that  the checklist be completed as part of either a permit application or rezoning requirement.  

Two  successful  examples  of  checklists  are  the  Markham  Centre  Performance Measures and Port Coquitlam Sustainability Checklist. Both performance checklists were  initiated  from  sustainable  statements  outlined  in  municipal  development plans, which identified the checklist requirements and its objective. 

Since the late 1990s, Markham has worked to integrate the concepts of sustainable development  into  its  planning  activities.  For  the  Town’s  largest  development project, Markham Town Centre, emphasis was placed on creating a complete, self‐contained  community with minimal  impact  on  the  environment.  To  improve  the uptake  of  sustainable  building,  the  Town  introduced  the Markham  Performance Measures  and  Checklist.  The  measures  have  worked  to  implement  broader community  goals  and  expectations,  while  the  checklist  is  used  to  integrate performance  indicators  and  targets.  For  instance,  in  addition  to  setting  high standards  for  promoting  mixed‐land  use  and  encouraging  design  that  reduces dependency  on  the  automobile,  the  Town  also  set  a  target  to  lower  energy consumption by 30 percent.  

Page 64: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

62  Energy Mapping Study  

C. Recommended Action: The City of Calgary undertakes to: 

• Develop an energy certification process as part of  the Land Use Bylaw  to be  submitted with applications  for  re‐designation,  subdivision,  development  permit  or  building  permits  that outlines the specific heat loss calculations and approaches to improve energy efficiency. 

• Prepare  a  development,  building  and  rezoning  sustainability  checklist  that  uses  the  GJ/ha metrics  developed  for  each  land  use  and  the  approach  referenced  in  the  Municipal Development Plan.  

 

All development within  the Markham Centre  is evaluated using  the performance checklist.  This  approach  has  led  to  raising  the  design  bar  in  development applications  from developers  for all buildings being proposed  in  the Town Centre (generally designed to LEED® silver or MNECB plus 25), and encourages the density and heat demand required to support the combined heat and power district energy system,  which  is  helping  to  improve  the  overall  energy  management  and performance of the community.  

The  checklist  for Markham  has  evolved  to  the  development  of  a  comprehensive energy  certification  form  that  must  be  submitted  with  every  development application.  The  form  requires  an  applicant  to provide detailed measures on  the energy standards incorporated into a proposed building. Both the checklist and the certification form provide the Town with a consistent set of information to monitor the energy demand and GHGs in the Town.  

A similar initiative was launched by the City of Port Coquitlam in B.C. As part of the City’s Official  Community  Plan,  all  land  development  applications,  both  rezoning and  development  permits,  are  required  to  the  apply  the  Triple  Bottom  Line Sustainability Checklist. The checklist was designed to  indicate how well proposals were meeting  the  community  goals  outlined  in  the Official  Community  Plan  and Corporate Strategic Plan.  

The City of Calgary can take the process of checklists and energy certification forms one  step  further  by  linking  it  to  an  EnerGuide  audit.  Through  the  ecoEnergy program  established  by  NRCan,  several  programs  are  available  to  assist homeowners and businesses to validate the design of new buildings.  The program is recognized by such organizations as the Canada Green Building Council for LEED® Canada and  the Canada Mortgage and Housing Corporation  (CMHC).   Calgary can use  the heat  loss  calculation  to  inform building owners about other areas where energy efficiency might be improved.  

 

 

 

 

      Leverage  Existing  Incentive  Programs  

It  is well understood  that when  the monetary value of energy savings  is assessed against the initial capital cost outlays, many consumers and corporations choose to not make  investments  in  energy  efficiency.  In many  cases,  energy  users  tend  to discount  future  savings  at  rates well  in  excess  of market  rates  for  borrowing  or 

Page 65: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

63  Energy Mapping Study  

D. Recommend  Action:  The  City  of  Calgary  advance  the development  of  proposed incentives for encouraging green building for all building types (residential, commercial, institutional and  industrial) and  that  the  incentives be  targeted  towards  land use areas that have the highest GJ/ha. 

saving. However, strictly increasing supply of energy only will result in much higher energy costs to consumers. This can result  in consumers having to pay down new capital  costs  of  energy  infrastructure  through  their  energy  bills,  and  possibly foregoing their own investments to reduce energy consumption.  

The  use  of  market  incentives  and  municipal  developed  and  operated  building improvement programs can contribute to addressing this market challenge and can assist consumers to not only reduce their own energy costs, but also do so  in the context  of  rising  energy  prices.  Expanding  market  incentive  initiatives  and performance  contracting  programs  already  under  consideration  by  the  City  of Calgary will be required. For instance, the City  is currently developing a process to fast  track  sustainable  buildings.  The  City  of  Chicago  has  experienced  excellent success with this program.  In the first year of operation  in 2005, over 30 buildings were processed.  Among the success of the Chicago program was the appointment of a designated building approval process engineer who served as an expediter on moving building permit applications quickly through various departments.  

Calgary is also exploring additional rebate programs to encourage the development of Net‐Zero building and the potential to apply density bonuses as part of RP and ASP  to  encourage  the  application  of  green  building  technologies.    Simon  Fraser University,  UniversCity  Community  Trust  has  developed  a  comprehensive  green bonus program allowing up  to 10 percent  for density green building  features. For instance, alternative energy systems can receive a 10 percent bonus for installing a renewable energy system to meet 50 percent of a buildings energy  load,  including space heating and domestic hot water. All of  these  initiatives will be  required  to encourage higher standards of building energy efficiency.  

 

 

 

 

Work  with  the  Community  and  Implement  a  Detailed  Financial  Implementation  Strategy  

Moving  the  energy  maps  forward  will  be  dependent  on  the  participation  and support  of  the  local  communities.  imagineCalgary  has  allowed  residents  and business  owners  alike  to  become well‐informed  about  environmental  issues  and establishes  a  clear  direction  for  improving  energy  efficiency  within  the  built environment and encouraging more local alternative generation.  

Although  community  members  might  be  supportive  of  reducing  reliance  on centralized  energy,  encouraging  alternative  sources  of  energy  and  reducing GHG emissions, the gap between words and action can be  large. The  integrated energy planning  strategy  put  forward  in  this  report  is  based  on  the  requirement  for significant  construction  of  energy  systems  on  private  property  and  the  need  for Calgary  wide  energy  efficiency  retrofits  of  buildings.  Although  the  required 

Page 66: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

64  Energy Mapping Study  

investments from a broader community perspective are sound in terms of reducing GHG  emissions,  individual  property  owners  may  not  have  adequate  access  to capital or may perceive that the necessary capital expenditures as unwarranted due to other commitments or the potential to not be remaining long enough to benefit from  energy  savings.  Even  if  it  is  economically  efficient  to  carry  out  energy efficiency  improvements, people and businesses are often unable to do so, simply because they cannot raise the necessary funds.  

Introducing  larger  scale  retrofit  programs  at  the municipal  level might  also  be  a challenge. There are a number of competing infrastructure priorities for the City of Calgary  and  the  potential  for  budget  shortfalls  that  may  make  investments  in building retrofit activities  involving significant  investment over a protracted period of time unattractive.  

Successfully engaging the local community to embrace and support a development process  focused around energy efficiency has been achieved through the use of a Community  Energy  Plans  (CEP).  A  number  of  communities  across  Canada  have successfully developed  some  form of a CEP  to  integrate energy  issues associated with transportation, supply and end‐use. 

CEPs work to engage local members of the community, usually major stakeholders, such as utilities,  large  industries and other energy consumers,  to develop a vision for energy reduction that extends out 50‐100 years.  Central to the success of CEPs, is  the  identification  of  demand  side management  practices,  including  improved building energy efficiency, the integration of renewable and local energy sources as a means of reducing the dependence on fossil fuels and engaging the community to manage  its own energy use and delivery more effectively  (Appendix D provides a broader  overview  of  the  benefits  of  CEPs).  These  activities  have  already  been undertaken by Calgary. 

The development of a CEP would complement the integrated energy approach put forward  in  this report and provide  for a Calgary wide comprehensive approach  to financing  the  initiatives,  as  well  as  addressing  the  energy  and  GHG  emissions associated with transportation and industry processing. The CEP study would allow for  the  identification  of  how  specific  strategies  could  be  used  to  encourage improved energy performance within  the built environment.  Specifically,  the CEP should be used to provide direction for the ASPs, the CPs and ARPs to assess energy needs  for  new  growth  in  terms  of  redesignations  and  subdivision  planning  and existing individual communities.   

For  instance an ASP or  the ARPs might  include  the  requirement  for detailed pre‐feasibility  studies  of  district  energy  systems  to  contribute  to  a  city  wide interconnected  network  of  piping  and  the  types  of  setbacks,  rights‐of‐ways  and other  land use  policies  that  should  be  established  to  encourage  and protect  the opportunity for district energy or other types of distributed energy systems. 

As part of  the  implementation of  the  integrated energy plan, a detailed  financial strategy needs  to be developed as part of  the CEP  that accommodates  the needs 

Page 67: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

65  Energy Mapping Study  

E. Recommend  Action:  The  City  of  Calgary  prepares  a  Community  Energy  Plan.  The  plan should undertake to: 

• Develop  a  detailed  financial  implementation  strategy  for  the Ultra High  Efficiency Map  and Alternative  Energy  Sources  Map.  The  strategy  should  include  the  potential  to  use  local improvement  charges  to accelerate energy efficiency building  retrofits and  improvements  in new buildings. 

• Develop detailed policy direction for achieving the GJ/ha metric prepared for each land use in area structure plans, community plans and area redevelopment plans. 

• Provide an assessment of the regulatory authority required for the City of Calgary to administer higher levels of energy performance standards for all building applications. 

• Prepare  a  comprehensive  review  of  transportation  emissions  and  identify  the  specific measures needed  to achieve equivalent  reductions  in  transportation  to meet  the 2050 GHG goal.  

and expectations of individual citizens and businesses. The financial analysis would provide the City of Calgary with the required overview of the  investment program required and what types of lenders, investors and associations could be called upon to finance the strategy.  

 The financial strategy could  look also explore a range of capital financing options, including  the  use  of  Local  Improvement  Charges  (LIC)  and  a  Community Revitalization  Levy  (CLV).  LICs have been widely applied by municipalities  to help cover  the costs of  infrastructure  improvements  (roads,  sidewalk, etc.) deemed  to benefit  a  specific  neighbhourhood.  LIC  are  normally  used  when  a  municipality provides  new  or  replacement  services  to  one  or more  properties,  such  as  road paving.  The  benefiting  landowners  are  assessed  the  LICs  on  their  property  taxes until their share of the improvements have been paid for.  

The main advantage of an LICs  is that  if associates the repayment of the cost of a project with the building property rather than the current building owners.  This is an attractive  incentive mechanism to overcome the challenge of reluctant owners who  are  hesitant  to  lay  out  the  upfront  costs  associated with  energy  efficiency upgrades  if they are unsure they will remain  long enough to enjoy the operational costs  savings.  The use of  LICs  to  finance  energy management  improvements has been  limited with the exception of the Yukon Territory. An added benefit of using LICs is to encourage energy efficiency improvements in new buildings or the retrofit of existing buildings is that there is no additional net cost to the City of Calgary.  

CLVs, which are similar  to  the widely applied versions of Tax  Increment Financing arrangements used in the United States and here in Canada, including in Ontario for Brownfield  remediation,  have  been  used  to  fund  The  Rivers  District  Community Revitalization Plan. CLVs  can  contribute  to  community economic development by injecting needed revenue for infrastructure priorities and, in turn, can attract larger‐scale private  sector development and  investment. CLVs offer a  secure and  stable form  of  funding  for  up  to  20  years.  The  Rivers  District  CLV  offers  an  applicable option for  future capital  financing of major projects, such as the energy efficiency improvements  and  alternative  energy  source  capital  initiatives  identified  in  this study. 

 

 

    

Page 68: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

66  Energy Mapping Study  

9 CONCLUSION From the integrated energy planning assessment prepared, three central elements underpin the success of the Calgary Energy Map going forward: 

• The first is to use energy efficiency improvements to serve as a catalyst to curb energy demand and reduce environmental risks; 

• The second is to maximize alternative energy systems; • The third is to use district energy with a CHP system as a means to not only 

manage the thermal needs of energy consumers at the building and at the community  level, but to also apply  it as an approach to meet community planning  objectives,  such  as  the  establishment  of  mixed  use,  compact communities.  

Following  an  integrated  design  and  development  approach  can  offer  Calgary  an entirely  different  way  of  examining  how  to  achieve  energy  needs  by  assessing opportunities  to  lower  energy  use  across  the  entire  city,  improve  the  energy efficiency and operating performance of buildings, effectively turn  local sources of heat waste  from  industry  into  energy  assets  and  approach  district  energy  as  an energy management strategy to meet sustainable development objectives.   

Page 69: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

67  Energy Mapping Study  

APPENDICES 

Page 70: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

68  Energy Mapping Study  

APPENDIX  A  ―  IMPACT  OF  CLIMATE  CHANGE IN CANADA 

 

Page 71: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

69  Energy Mapping Study  

APPENDIX  B  ―  ENERGY  AND  MAPPING METHODOLOGY  

 The  methodology  is  broken  down  into  five  (5)  phases:    Floor  space,  Energy, Greenhouse Gas Emissions (GHG), Cost, and Alternative Energy Sources assessment. 

Floor  space  

Floor  space  includes all area  that consumes energy.   For example,  if a  residential apartment building has 75m2 per floor, but  is 10 stories high, the amount of floor space for that building would be 75m2*10=750m2.   

The floor space phase was broken down  into two parts to facilitate more accurate calculations: Existing Buildings and New Buildings.   

Existing Buildings:  Total amounts of floor space were calculated from data provided on the assessment role. 

New Buildings:  The City of Calgary provided CUI with future population projections for the year 2036.  In addition to population, future data for people per unit (ppu), and  total units expected were also provided.   From  this  information,  total  future floor space  for the year 2036 was calculated.   Growth between the years of 2008 and  2036  was  assumed  to  be  linear.  All  new  development  was  assumed  to  be accommodated  in  vacant  land.    Additional  population  not  accounted  for  in  the  population  forecast  for  people  per  unit  calculations were  allocated  to  high  rise buildings  through  the  addition  of  floors  across  the  city.   A  similar  approach was used  to  accommodate  additional  office  space  through  the  allocation of  floors  to commercial office high‐rise.    

Energy  

Building Types 

The total floor space for both existing and new buildings were further broken down into seven  (7) categories based on  relative energy demand.   The categories along with descriptions are as follows: 

Table 1: Building type classification based on energy consumption. 

Building Typology  Definition 

1. Residential Low Rise  Single family detached units including accessory units. 

2. Residential Medium High Rise 

Units up to three stories (duplex, townhouse, row house etc). 

3. Residential High Rise  Units above four storeys. 

4. Commercial Office  Quality office developments at all sizes and all classes. 

5. Commercial Retail  All forms of retail (grocery, big box etc.) 

6. Industrial  All forms of industry. 

7. Institutional  All other buildings types (Calgary municipal services, hospitals, schools and colleges and university). 

 

Page 72: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

70  Energy Mapping Study  

 

Energy Efficiency Scenarios 

Three (3) possible energy scenarios were considered: Business as Usual (BAU), High Efficiency (HE), and Ultra‐High Efficiency (UHE).  However, only two scenarios were mapped BAU and UHE. Their descriptions are given below. 

Business As Usual  Definition 

Existing Buildings  No Retrofit 

New Buildings  All new buildings built to conventional present day practices 

 

High Efficiency  Definition 

Existing Buildings  Retrofit all existing buildings to consume 10 percent less energy 

New Buildings  All new buildings built to MNECB + 25 percent energy standard 

 

Ultra‐High Efficiency  Definition 

Existing Buildings  Retrofit all existing buildings to consume 25 percent less energy New Buildings  All new buildings built to MNECB + 25% energy standard 

Energy Intensity Factors (EIF) 

An  energy  intensity  factor  (EIF)  provides  information  about  how much  energy  a building consumes.    It  is given  in  terms of energy/area, or  in our case Giga‐Joules per square metre (GJ/m2). 

For each energy scenario, each building  type,  for both existing and new buildings was  assigned  a  unique  energy  intensity  factor  for  gas  consumed  and  electricity consumed.    Therefore  a  total of  (3  energy  scenarios)*(7 building  types)*(existing and new)*(gas and electricity)=3*7*2*2 = 84 EIFs were calculated.   

Existing EIFs:   

Relative EIFs  for existing buildings were  calculated  from available  information on energy consumption  in existing building  sectors.   Calgary  specific energy  intensity factors were determined based on the actual utility data provided for Calgary and the total square footage of each building type assembled from the City of Calgary assessment role and other data sources. 

Efficiency scenarios  (Case  II and  III)  for existing buildings were  fixed at 10 percent and  25  percent  reductions  from  the  calculated  current  consumption  EIFs.  Proportional  reductions were  applied  to both  the  electricity  and natural  gas  EIFs assuming  that  actual  energy‐efficiency  retrofits  would  depend  on  the  specific building  and  could  address  either  electricity  or  natural  gas  consumption  in  that building. 

EIFs  for  existing  buildings  are  relative  to  one  another  and  the  total  amount  of energy in the city was divided up among the different building types accordingly.   

• Business as Usual (BAU):    EIFs from Existing Calgary Data 

Page 73: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

71  Energy Mapping Study  

• High‐Efficiency:       (BAU EIFs)*(0.90) • Ultra High Efficiency:    (BAU EIFs)*(0.75) 

 Thus  for  existing  buildings  the  high  efficiency  and  ultra‐high  efficiency  scenarios used 10 percent and 25 percent less energy respectively, than the Business as Usual case. 

New EIFs: 

All new energy intensity factors were based on the Model National Energy Code for Canada (MNECB).  Annual consumption for Calgary in the year 2007 was not used to calculate these.  Rather, these EIFs were based only on the MNECB standard. 

• Business as Usual:     MNECB • High‐Efficiency:    MNECB ‐25% • Ultra High Efficiency:    MNECB‐50%  New construction EIFs were determined using the Natural Resources Canada Office of Energy Efficiency Screening Tool for New Building Design.  The Screening Tool is designed  to  estimate  the  energy  performance  of  proposed  building  designs  and compare that energy performance to a baseline building design to meet the Model National  Energy  Code  for  Buildings.    The  current  practice  scenario  (Case  I) was modelled  using  design  choices  based  on  a  lowest  first‐cost  approach.    Were appropriate,  building  code was  used  to  determine  the  current  practice  building approaches. 

In general the following building parameters were adjusted to determine the EIF for conventional new construction: 

• Window to Wall Ratio • Heating, Ventilation, and Air Conditioning System Type • Window Insulating Value • Cooling Efficiency • Heating Efficiency • Heating Plant Type • Lighting Power Density • Lighting Controls • Wall Insulating Value • Roof Insulating Value • Heat Recovery System Efficiency (if present) • Domestic Hot Water Efficiency • Low‐flow Water Fixture Water Savings 

 

It  is  important to note that the building parameters modelled varied based on the seven building types studied.   For example, current practice window‐to‐wall ratios are different for low‐rise residential and commercial office. 

 

Page 74: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

72  Energy Mapping Study  

To determine the Case II and III EIFs, the above building parameters were modified to produce a building performance at  the  target  levels  (25 percent or 50 percent below  the MNECB energy code).   The building parameters were modified  so  that the most economical (quickest payback) measures were implemented first until the target energy  levels were achieved.   Because energy  improvements were applied based on their economic performance, changes to the EIF for the new construction are not equally applied to both natural gas and electricity. 

Total Energy 

To calculate the total energy consumed  for each EIF Scenario, the appropriate EIF was multiplied by the total floor space of each building type.   The total amount of energy for all of the building types were summed to get the total amount of energy required for each energy scenario. 

Greenhouse  Gas  Emissions  (GHG)  

GHG emissions were calculated based on  two different energy  types: Natural Gas and  Electricity.    To  calculate  total GHG  emissions,  a GHG  coefficient  in  terms  of [tones  CO2e  /  GJ],  was  multiplied  by  the  total  amount  of  energy  (GJ)  for  each scenario.    The  GHG  coefficient  was  taken  from  the  “2003  Calgary  Community Greenhouse  Gas  Emissions  Inventory”  report.  The model  applied  constant  GHG emissions  per  GJ  for  electricity.  If  expansion  of  the  grid  involves  lower  GHG intensive electricity  this  could be  accounted  for.51 However,  the  analysis projects reduced  future  demand  for  Alberta  grid  electricity.  Therefore,  reduced  GHG intensity  for  grid  electricity  will  only  occur  if  existing  generation  facilities  are replaced  or  if  the  hierarchy  of  use  of  generation  facilities  changes.  This  report provided GHG coefficients for both gas and electricity for Calgary. 

Electricity 

It was assumed  that all electricity  supplied  to Calgary  is  supplied by  the grid and that this electricity was provided primarily by both natural gas and coal fired power plants.  The GHG coefficient for electricity in Calgary that was used is 252.5 [kg CO2e‐

/GJ] or 0.2525 [tonnes CO2e/GJ].  Generation and transmission losses are included in this coefficient.   

Natural Gas 

The GHG coefficient for natural gas was taken from the same report and  is: 49.95 [kg CO2e/GJ] or 0.04995 [tonnes CO2e/GJ].  This coefficient assumes the natural gas is  burned  in  a  boiler  of  100  percent  efficiency.    The  average  boiler  efficiency  in Calgary was assumed to be 70 percent, therefore the GHG coefficient that was used was 0.04995/0.7 = 0.071357 tonnes/GJ. 

 

                                                                 51 For this study, it is estimated that the demand for grid electricity needs to fall from 33 million GJ/year to 26 million GJ/year in order to achieve Calgary’s proposed community GHG target. Subsequently, the assumption that the lower amount of grid electricity is based on the existing mix is reasonable.  

Page 75: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

73  Energy Mapping Study  

  Cost  

Present day cost calculations were done in a similar manner to GHG calculations.  A cost  coefficient of  [$/GJ] was  calculated  for both electricity and natural gas.   For natural gas, cost information provided directly from ATCO was used.  For electricity, historical prices of  electricity  from  June 2007  to  September 2008 were  averaged and used. 

The cost coefficient was multiplied by the total amount of energy to yield the total cost for each scenario. 

Alternative  Energy  Sources  and  Mapping  

In order  for Calgary to meet the proposed community GHG reduction goal,  it was assessed  that  the ultra‐high energy  efficiency  scenario was  the preferred option.  The alternative energy sources were applied to this scenario only. 

Alternative energy technologies were selected based on two criteria: 

1) The technology had to be proven over time. 

2) Applicability to Calgary’s land use. 

Information for each alternative energy source included: 

• Installation cost   [$/GJ] • Operating Cost  [$/GJ/yr] • CO2 Emissions  [kg/GJ/yr] • Maximum applicability to the Calgary built form  [%] • Maximum building floor area applicable  [%] 

 From  these  factors,  total  applicable  energy  (GJ)  was  calculated  and  the  total amount  of  GHG  emissions  associated  with  this  was  determined.    The  factor [cost/tonne GHG reduction] where cost is given in terms of 10 percent capital cost + operating  cost  was  calculated.    This  factor  was  used  to  create  a  hierarchy  of alternative energy sources.   The most cost effective alternative energy source was applied  to maximize  its  energy  displacement  first,  and  then  the  next most  cost effective alternative energy source was applied second, and so on.  The alternative energy sources were applied  to  the most appropriate  land use designations, until there was enough GHG reduction for Calgary to reach the 2050 building reduction goal.  The  allocation  of  alternative  technologies  was  developed  by  assigning  the highest  GJ/ha  to  energy  sources,  such  as  district  energy,  which  benefit  from  a higher  thermal density  first  and other  alternative  energy  sources  to  lower GJ/ha areas based on two factors. The first was based on the amount of GJ displacement allocated  for  each  alternative  energy  source  and  the  second  was  assessed  by technology limitations, building restrictions and geographical limitations. 

All calculations were carried out using current energy prices. No value was assumed for  GHG  reductions.  If  a  value  is  attached  to  GHG  reductions  then  the  payback periods and economics would improve. The economic analysis reviewed the energy 

Page 76: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

74  Energy Mapping Study  

price  scenarios  varying  from  constant  energy  costs  and  confirmed  that  the approach taken in this study was valid for varying energy prices.  

Page 77: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

75  Energy Mapping Study  

APPENDIX  C  ―  MNECB  ENERGY  EFFICIENCY DESIGN APPROACH FOR CALGARY BUILDINGS 

New  Construction  Impacts  

Addressing  energy  performance  at  the  time  of  construction  remains  the  most effective way to achieve drastic improvements in building energy performance.  The discussion below presents  the building upgrades  that would be  required  for each major  building  form  to  achieve  energy  consumption  levels  25  percent  and  50 percent below the Canadian Model National Energy Code for Buildings (MNECB). 

Residentia l  

Low‐rise  and  mid‐rise  residential  construction  could  achieve  the  target  of  25 percent below  the MNECB by  instituting a  combination of  improved efficiency  in the mechanical heating equipment (furnace or boiler), higher levels of insulation in both  the walls and  the  roof, and by  reducing  the energy  consumption  related  to lighting.    Because  residential  dwelling  units  are  relatively  low  occupancy  areas, improving  the  building  envelope  will  reduce  overall  energy  consumption significantly in the Calgary climate.  Improving energy further (to approximately 50 percent below MNECB  levels) would require further  improvements to the systems mentioned  above  coupled  with  high‐performance  window  units,  and  the installation  of  heat  recovery  systems  on  exhaust  air.    While  high‐performance windows  can  directly  replace  conventional  windows,  the  inclusion  of  a  heat recovery  system  requires  special  consideration  during  the  design  stages  of  a project. 

To meet the 25 percent target in high‐rise residential construction, the focus is on a balanced approach  to  the window  to wall ratio  in  the building,  improved window performance, and mechanical systems efficiency (heating and cooling if applicable).  Also,  because  high‐rise  residential  dwelling  units  at  typically  smaller  than  other forms of residential, domestic water use per square foot of habitable space is more significant.    As  a  result,  addressing  domestic  hot  water  systems  efficiency  and building  water  fixture  efficiency  play  an  important  role  in  achieving  the  energy targets.    To  pursue  the  50  percent  target,  high‐rise  residential  buildings  should continue to  improve the building envelope while  investigating the opportunity  for variable speed control and heat recovery within the main mechanical systems. 

Commercial  

Commercial office buildings can achieve 25 percent saving over the MNECB levels in Calgary  via  incremental  improvements  to  a number of  key building  components.  Most  importantly, office buildings should be designed with a window to wall ratio that  balances  the  daylighting  benefits with  the  thermal  performance  of  the wall structure.  Additionally, the efficiency of the lighting systems is critical to allow the building to provide adequate, high‐quality lighting with as little energy consumption as possible.    Finally,  improvements  to  the  thermal performance of  the windows, spandrels, and wall sections will be required to reduce heating and cooling loads in 

Page 78: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

76  Energy Mapping Study  

the building.  To achieve the 50 percent savings level, consideration should be given by the design team to employing different HVAC systems including potentially four‐pipe  fan‐coils,  chilled beams,  radiant heating/cooling, distributed heat pumps, or underfloor  air  distribution.    The  more  efficiency  HVAC  system  will  have  to  be coupled with  improved efficiency of the main heating and cooling plant and more extensive lighting controls in the building (including daylighting around the building perimeter and occupancy sensors throughout). 

Because the largest portion of energy use in commercial retail buildings is related to lighting,  the building  improvements  required  to achieve  the 25 percent  reduction below MNECB target are focused mostly on addressing that end use.   The  lighting power  density  of  a  retail  building  should  be  addressed  first  by  eliminating  light ineffective  lighting  and  light  trespass,  reducing over‐lit  spaces,  and by  employing more  efficient  lighting  fixtures  (such  as  fluorescent,  compact  fluorescent,  LED, metal halide, etc).  These improvements, combined with small improvements in the efficiency of  the base building heating  and  cooling  systems,  are  likely  enough  to achieve a 25 percent reduction.  For these building types to achieve further energy performance  the  efficiency  lighting  systems  discussed  above will  require  lighting controls  which  focus  on  reducing  or  eliminate  lighting  when  the  spaces  are unoccupied  or  adequate  daylight  is  available  from  perimeter  windows.    As  the internal heating loads related to the lighting are reduced through efficient design, it becomes  more  important  to  upgrade  building  envelop  components  including windows, wall and roof for the best available thermal performance. 

Inst itutional  

Institutional  buildings  tend  to  be  densely  occupied  with  high  thermal  comfort requirements.  For institutional construction to achieve a 25 percent reduction over MNECB  levels,  the  buildings  should  incorporate  an  improved  building  envelope, reduced  lighting  power  densities,  and  high‐efficiency  HVAC  equipment.  Additionally,  institutional  buildings  are  often  positioned  to  take  advantage  of improved  domestic  water  heating  equipment  efficiencies  and  low‐flow  water fixtures to reduce the demand for hot water.   Low‐efficiency heat recovery should be  investigated by design  teams  targeting  this  level of performance.   To  improve energy performance to the 50 percent below MNECB level, the emphasis will be on specialized  lighting controls and further  increases to the ventilation systems  in the building.   Most  institutional buildings  in Calgary will benefit  from a well designed heat  recovery or demand  controlled  ventilation  system.   An  integrated  approach including the majority of the measures above will achieve dramatic energy savings when compared to conventional practice. 

Industrial  

The energy use in industrial buildings depends significantly on the use of the space.  As  such,  this  study  has  focused  on  the  energy  consumption  related  to  the  base building/building shell of a typical industrial building.  Because of the relatively low energy  use  (per  square  foot  of  occupied  space)  in  industrial  shell  buildings, achieving  a  25  percent  reduction  below  MNECB  levels  is  difficult  without 

Page 79: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

77  Energy Mapping Study  

considering the energy use of the tenant within the space.  To achieve a 25 percent reduction below  typical  energy  consumption  levels,  an  industrial building project would have to focus on improving the efficiency of the heating systems used in the building  and  by  improving  the  efficiency  of  the  lighting  systems  installed  in  the project.    To  push  energy  consumption  even  lower,  the  project  would  have  to address  the  thermal performance of  the walls and roof of  the  industrial structure and  explore  the  possibility  of  recovering  heat  from  the  building’s  exhaust  air stream.    It  is  estimated  that  in  Calgary,  the  combination  of  all  the  measure discussed  above would  result  in  a  40  percent  reduction  in  base‐building  energy consumption compared to typical construction practices. 

Existing  Building  Retrofit  Impacts    

Due to the nature of building retrofits, economically improving energy performance in existing buildings tends to fewer building systems and typically does not feature the magnitude of performance  improvements seen when  improving  the design of new  buildings.    The  discussion  below  presents  the  key  opportunities  to  improve existing  energy  consumption by 10 percent  and 25 percent  in  each of  the  seven major building types considered in this modeling exercise. 

Residentia l  

Similar  to  the  new  construction  case,  lighting  in  existing  residential  buildings  is responsible  for  a  large  portion  of  energy  consumption.    Additionally  lighting represents  an  excellent  target  for  retrofit  as  a  result  of  the  number  of  direct replacement  energy  efficient  technologies  available.   Coupling  a  retrofit program with  the  installation  of  improved  lighting  controls  in  a  few  key  areas  (exterior lighting, mechanical/storage  spaces) will on average achieve a 10 percent energy savings over.   To  further  improve energy performance,  the heating and domestic hot water  systems  in most existing  residential buildings  represent an opportunity for  energy  efficiency  improvements.    Although  the  capital  cost  associated  with these retrofits  is  larger, replacement of furnaces or domestic hot water heaters  in low‐  and mid‐rise  buildings  and  central  plant  equipment  in  high‐rise  residential buildings  can  provide  reasonable  payback  when  coupled  with  end  of  life replacement.  Typically heating upgrades provide the best value when coupled with envelope air tightness improvements.  It is anticipated that the combination of the lighting  improvements  presented  first  and  the  heating  improvements  presented second  should  achieve  an  average  of  25  percent  energy  savings  in  existing residential buildings. 

Commercial  

Lighting energy consumption represents a larger percentage of total energy cost in commercial  buildings  than  in  any  other  building  type.    Both  in  retail  and  office scenarios, lighting represents the most easily reduced load.  With proper phasing of a lighting retrofit in a commercial building, energy consumption can be reduced by over  10  percent  without  dramatic  impacts  on  capital  budgets.    Typically  in commercial scenarios,  initial  lighting retrofits will  involve direct one‐to‐one fixture replacement to eliminate the cost of  lighting redesign.   Technologies are available 

Page 80: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

78  Energy Mapping Study  

that will maintain  existing  lighting  levels while  improving  energy  performance  in most  existing  commercial  buildings.    To  further  improve  energy  performance, lighting energy consumption can be addressed further through the incorporation of improved  controls.    Depending  on  the  scale  of  the  commercial  building  these controls may include occupancy sensors, vacancy sensors, daylighting controls, local switching,  or  simply  improved  central  control  algorithms.    In  retail  specifically, reducing  energy  consumption by  25 percent  can  typically be  achieved  through  a lighting redesign and replacement program. 

Inst itutional  

As  with  the  building  types  presented  above,  institutional  buildings  will  typically target  lighting as the most economical method to reduce energy consumption.    In addition  to  one‐to‐one  fixture  replacements  also  described  above,  the  variable occupancy nature of most  institutional buildings  lends  itself to the effective use of various  lighting  control  methods.    Addressing  variable  occupancy  areas  with occupancy/vacancy  sensors,  lighting  timers,  improved  central  control  algorithms, photocells and daylight sensors will help to reduce the overall energy consumption of  these  building  types  by  at  least  10  percent.    To  further  improve  the  overall energy  performance  of  institutional  buildings,  improved  controls  can  also  be improved  to  the  heating,  ventilation,  and  cooling  systems  to  take  advantage  of savings available  in variable occupancy areas.   Technologies  including variable air volume  systems  coupled with  variable  frequency  drives,  CO2  demand  control,  or occupancy  control  can  result  in  dramatic  reductions  in  the  amount  of  energy consumed ventilating and conditioning spaces. 

Industrial  

Because  the base building energy  consumption  in  industrial buildings  is  relatively low, achieving a reduction  in energy consumption of 10 percent will require most buildings in this demographic to target multiple areas of energy consumption.  For most  industrial  buildings  savings  could  be  generated  via  improved  lighting controls/switching and upgrades  to  the efficiency of  the main heating equipment serving  the space.   For most  industrial buildings, base building  improvements will likely result in between 2 percent and 10 percent total energy savings.  To achieve energy  savings  beyond  these  levels  process  efficiencies  related  to  the  specific operation  of  the  industrial  buildings  would  have  to  be  targeted.    Although  the measures  would  be  site  specific,  the  majority  of  the  energy  use  in  industrial buildings  is  related  to  internal  processes.    Measures  would  include  process equipment  efficiency  improvements,  process  waste  heat  recovery,  and implementation of other energy efficient technologies.  

 

Page 81: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

79  Energy Mapping Study  

APPENDIX D ― ENERGY PLANNING IN CANADA Among  the approaches widely adopted across Canada  for  integrating energy  into the  decision‐making  process  of  communities  is  through  the  use  of  integrated community energy planning (CEP).  

Community  Energy  Planning  

In  Canada,  CEPs  have  been  formalized  at  the  federal  level  through  NRCan  and organizations such as the Community Energy Association of British Columbia, which have  developed  comprehensive  toolkits  and  guidelines  for  municipalities  to follow.52 CEPs are premised on the principle that a community should be designed to reduce energy needs first and focus on the local analysis of energy service needs and  the means of  supplying  them.  In 1996,  the City of Kamloops became one of BC’s  first  larger communities  to develop a systematic, energy community  focused plan. Table 1 lists some of the various community energy plans across Canada and their stated energy reduction goal. 

CEPs work by engaging  local  community members  to develop a vision  for energy reduction that extends out to 50‐100 years, base lining existing measurable targets in  all  areas  of  a  community  including  water  consumption,  grid  reliance,  trip reduction, and use of alternative, as well as  renewable  fuels and a wide array of technologies,  demand  side management  techniques  and  other  energy  reduction practices that can be incorporated into the long‐term development of a community, such  as  design  guidelines  for  buildings  and  strategies  for  incorporating  energy management systems, including district energy.  

Central  to  the  success  of  CEPs,  is  the  integration  of  renewable  and  local  energy sources as a means of  reducing  the dependence on  fossil  fuels and engaging  the community to manage its own energy use and delivery more effectively.53   

Applying CEPs using an integrated approach provides a community with a different approach for examining how to achieve energy needs by assessing opportunities to lower  energy  use,  improve  energy  efficiency  and  operating  performance  of  a building, and to reduce the reliance on single automobile trips.   

The energy mapping  initiative undertaking  for Calgary builds on  the  fundamental elements of what a CEP attempts to provide, including the establishment of energy and GHG targets, benchmarks and outlines a set of actions that can be undertaken within the built environment to address energy challenges.  

 

 

                                                                 52 Natural Resources Canada. 2007. CANMET Energy Technology Centre Natural Resources Canada Community Energy Planning.  53 Community Energy Association. 2006.  A Toolkit for Community Energy Planning in British Columbia.  

Page 82: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

80  Energy Mapping Study  

TABLE  1  COMMUNITY  ENERGY  PLANS IN  CANADA 

City  Energy Reduction Goals  Actions  Indicators Yellowknife  Reduce City and community 

emissions by 2014. Raise awareness of energy reduction through lobbying and education programs. Encourage adoption of green standards in construction and transportation. 

2014 Emission levels by City Operations. 2014 emission levels by the community. 

Kamloops  Reduce energy‐related capital and operating costs in infrastructure projects. Raise awareness of cost savings for businesses and residents.  

Implement alternative transportation technologies and management strategies. Gear new residential and commercial development to leverage transit investments. 

Cost and emission savings since implementation of the CEP. 

North Vancouver  Promote energy efficiency in the building industry, and the use of Community Energy Systems in City‐owned buildings. Encourage the use of efficient renewable energy supply systems in transportation and private and public assets. 

Retrofit municipal buildings, and impose new design standards for residential, commercial and institutional buildings. Promote the installation of district energy systems, and the development of a plan to guide developers and future development towards sustainable building and along transit corridors. 

Annual GHG consumption and reduction. Measures of social and environmental benefits, and public awareness. 

Guelph  Improve the competitiveness of City services and attract investment to raise Guelph above international and National average in terms of environmental sustainability. 

Improve the efficiency of old buildings and encourage adoption of LEED® standards for new development. Improve the efficiency of transportation systems and the industrial sector through the use of district dnergy systems and alternative fuels.   

Investment in all economic sectors. Energy use and GHG emissions per capita in comparison to other cities in Ontario, British Columbia and Quebec. Efficiency levels of new construction in comparison to past years.   

Halifax  Improve the energy efficiency of buildings, transit systems, industry, land use and infrastructure. Demonstrate local government leadership by increasing energy security and educating residents and businesses. 

Improve building efficiency by retrofitting existing buildings and promoting EnerGuide standards in new development, eventually reaching LEED® Silver and Gold standards.  

Reduction in energy consumption by residential, commercial and industrial sectors. Average EnerGuide Ratings in residential development, and level of energy savings per retrofitted buildings. 

 

Policies  

One of the most important policy steps that municipalities are taking is integrating energy  objectives  into  various  official  documents,  such  as  an  municipal development  plan  (official  plans  or  community  official  plans),  and  into  policies directed  at  the  building  and  site  level,  including  development  checklists, development permits,  energy  zoning  and other  initiatives  that  encourage  energy reduction through increased density. Table 2 provides a summary of energy policies from  Canadian  municipalities  were  energy  issues  have  received  a  high  level  of uptake.  

 

Page 83: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

81  Energy Mapping Study  

TABLE  2  CANADIAN ENERGY POLICIES 

Province  Municipality  Energy Related Policy    Action          British Columbia 

Maple Ridge  Waive or reduce Development Cost Charges for innovative development with a lower economic, social and ecological cost over the long term. 

  Official Plan 

British Columbia 

North Vancouver  Established a by‐law to create a district energy service area with a requirement that all new or retrofitted buildings over a certain size be connected to and use the district energy system. A wholly owned subsidiary corporation was incorporated the district energy system. 

  Official Community Plan 2002 Hydronic Heat  energy by‐law 

         British Columbia 

Richmond  Recommends that buildings over 20,000sqft pursue LEED Gold standards. 

  High Performance Building Policy 

British  Columbia 

Maple Ridge  Reduce/waive development cost charges for innovative development with lower long term costs.  A property tax exemption is offered for high rise development in a revitalization area.  

  Official Plan 

British Columbia 

City of Port Coquitlam  

All applicants for rezoning and development permits are required to complete a sustainability checklist. Developments that meet the checklist requirements will be fast tracked.  (In Process) Consider a density bonus program  to permit additional density for a development providing a high level of environmental performance. 8.2 Multi family residences achieve a high level of environmental performance standards to LEED silver certification or equivalent.  10. Investigate opportunities of sustainable principles such as LEED into site planning and building design.   

  Sustainability Checklist  Official Plan: Policies for Housing (8), Policies for Design 8.2;10 

British  Columbia 

City of New Westminister 

All applicants for rezoning and development permits are required to complete a smart growth development checklist Promote energy efficiency in settlement pattern and building 

  Smart Growth Development Checklist  2.5 Environment and Riverfront Goals 

Page 84: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

82  Energy Mapping Study  

design throughout the City. British  Columbia 

City of Langford  All commercial and residential buildings must be LEED certified or must meet Built Green Standards  

  Official Community Plan  

British  Columbia 

Ucluelet  5 percent Density bonusing category for the use of LEED design guidelines for new construction or renovation (approved by municipality or international accreditation). 

  Official Community Plan‐ Land Use Policies (9) 

 British  Columbia  

 Bowen Island Municipality 

Written policy ensures that rezoning applicants must comply with Built Green and have a rating of EnerGuide 80. 

   Green Building Standards for Residential Re‐Zoning 

British  Columbia 

District of  Saanich 

Development permit area guidelines include energy efficiency provisions. Grants are used to residential building permit applicants if the building complies with Built Green and EnerGuide. 

  Community Design Permits and Guidelines 

British  Columbia 

Vancouver  EnerGuide for existing housing to determine efficiency, federal incentives to improve energy performance, develop a central shared resource centre for all consumers to refer. Vancouver By law 90.1‐2004 lays out minimum requirements for a building’s envelope, electrical power systems and equipment, lighting, heating, ventilating and air conditioning, service, water heating, and energy management. Establishing city‐owned energy utility corporation to manage energy systems. 

  Climate Change  Action Plan 

Alberta  Strathcona County  Ensure that all urban and rural growth areas must incorporate resource and energy efficiencies of buildings (infrastructure and waste management) into their plans.  Aim to reduce greenhouse gas emissions by encouraging energy efficiency in subdivision and building designs. Building permit fee rebate for homebuilders that achieve R2000 or Built Green certification. This program is a voluntary initiative to promote resource efficiency.  

  Municipal Development Plan ‐Sustainability and Growth Management 4.20 i ‐Environmental Management 8.42.c 

Alberta  Canmore  Green Building Policy requires applicants seeking development/building permits will be required to meet third 

  Green Building Policy 

Page 85: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

83  Energy Mapping Study  

party certification (LEED, R2000, Built Green) or Town of Canmore green building checklist.   

Alberta  Okotoks  All municipal facilities were retrofitted with mechanical/lighting upgrades in 1999 to address the energy consumption. Phase II involves the adoption of solar technologies in select municipal buildings.  

  Environmentally Safe Practices ii‐i‐a 

Yukon  Whitehorse  Developers for new residential development are encouraged to consider lot layouts and site plans that maximize solar exposure and are energy efficient Local improvement may be charged to property owners. Visual Strategy bylaw is to come into effect 2009. City will implement energy standards for construction of new buildings and use EnerGuide labeling, minimum efficiency requirements, minimum energy standards, and design awards. An Energy Plan is under development.  

  City of  Whitehorse Energy Plan (4.7.3)  Rural Electrification  Policies (4.3.2) 

Manitoba  Winnipeg  Implementing an energy management plan to improve efficiency, lower costs and decrease emissions. Energy efficient design for future buildings, subdivisions, retrofitting. Positive incentives to encourage energy efficiency. CCAP‐ identify and implement energy projects in civic buildings. Energy conservation strategies by replacing equipment. Civic facilities are encouraged to adopt LEED standards.  

  Official Plan  (5A‐04, 2B‐02) 

Ontario  Markham  All new buildings and additions must provide heat loss/heat gain calculations and submit an energy efficiency certification form. A gold, silver or bronze rating is listed for green technology or adherence to LEED rating. 

  By‐Law for Construction,  Demolition or Change  (Schedule B. 2a)  Built Form Evaluation of  Performance Indicators 

Ontario  York Region  Increase compact development in order to reduce energy consumption. Also according to 5.3.12 area municipalities must use financial tools like development charges and tax increment financing to encourage development that 

  Official Plan (4.2) High Density Green Buildings 

Page 86: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

84  Energy Mapping Study  

conforms to the Official Plan  All public facilities over 500sq m must be designed and operated to LEED silver standards Service allocations of 20 percent‐40 percent (silver‐gold) that meet LEED standards. Buildings must be minimum 5 stories and must meet sustainable objectives listed. Letters of credit must be presented if any of the objectives are not met within 12 months of registration. Reducing application process times and allocating more credits for a specific development can be done as well. No reduced development charges or transfer of allocation credits. 

Ontario  Richmond Hill  All new municipal owned buildings over 500 sq ft are to be built to LEED silver standards. 

  Green Building Policy 

Ontario  Waterloo  Require urban design that encourages innovation and creativity by achieving energy conservation. Encourage compact development, energy efficient site and building design. New constructed buildings should be designed to minimum LEED silver standards and existing buildings should be upgraded. Economic grant and tax reductions for use of alternate materials.  

  Official Plan (1.7.3) 

Ontario  Hamilton   3‐ year LEED Pilot Program based on major renovations and new construction evaluates the various level of LEED certification. Funding incentive are available for energy efficient initiatives and may be used for engineering study costs and upgrades.  Incentives for ENERGY STAR equipment. 

  City of Hamilton: Corporate Energy Policy 

Ontario  Halton Region  Encourage local municipalities and development industry to develop innovative housing designs that have good environmental practices, cost‐efficiency and energy and natural resource conservation.  Local municipalities must adopt energy conservation policies to improve efficiency as well as promote compact growth.  Encourage high efficiency standards and renewable 

  Sustainable Halton Growth Management Strategy 4.1c  Official Plan: Land Stewardship Policy 85 (8); Healthy Communities Policies 176 (2)d 

Page 87: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

85  Energy Mapping Study  

energies through LEED certification for new buildings, neighborhood developments.  

Ontario  Caledon  Development charge discount of 5 percent for green technology use and 20‐27.5 percent for LEED standards, applicable for new commercial and industrial buildings.  

  Green Development Plan 

Ontario  Toronto  Development standards for mid/high rise and low rise defined separately. The standards state existing legislation that includes:  25 percent minimum energy savings requirements and purchasing 25 percent green power for city buildings. The guidelines also include relation to LEED standards, Green Globe and Energy Star. 

  Toronto Green Development Standards 

Ontario  Niagara on the Lake 

Wind energy system is a permitted use, the following provisions shall apply: site plan control, height exceptions, no advertising on turbines, max of 1 turbine per property, setbacks etc . 

  Zoning By‐Law 500A‐74: Section 3 Provisions  

Ontario  Township of Shuniah 

The purpose of the proposed zoning amendment would be to allow the permitted use of wind energy systems for electricity production and to set regulations thereto within specified zones.  

  Zoning By‐Law 2038‐00 Amendment 

Nova Scotia  Halifax Regional Municipality 

Guidelines for wind development along the waterfront were proposed. Accessory road requirements, environmental assessment, buffer distance to water. 

  Wind Turbine Master Plan 

Nova Scotia  Town of Digby  The bylaw will deal with issues regarding the placement of turbines, and will define acceptable location, minimum distance between windmills and buildings, and the minimum acceptable setback from the road. 

  By‐Law is Being Developed as of April 2008 

 

 

 

 

 

Page 88: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

86  Energy Mapping Study  

APPENDIX  E  ―  ENERGY  MODEL  FINANCIAL ASSESSMENT 

For  the  purposes  of  this  study,  the  overall  picture  for  large  scale  energy  and greenhouse  gas  (GHG)  reduction  through  the  most  efficient  use  of  energy  in buildings has been presented  for the period to 2036. However,  in reality, building retrofits  and  new  building  energy  saving  upgrades  are  likely  to  be  undertaken through a series of discrete decisions by building owners, engineers, architects and builders over an extend period of time.  It can be expected that the owner of each existing building and the builder of each new building in Calgary will have to make a decision particular to their own circumstances.  

At  the  same  time,  the  timing  of  the  decision  can  be  influenced  through  other regulatory and  incentive packages.   For  instance,  if Calgary adopts  the  integrated urban  energy  strategy  put  forward,  there  is  a  likelihood  that  higher  building regulatory measures would be applied to ensure building energy efficiency retrofits and  improved building  energy  efficiency  standards  are  carried out  in  accordance with  the  timetable  required  for  the  accomplishment  of  Calgary’s GHG  reduction goal. The economic assessment undertaken  is a  true market evaluation and does not  address  full  cost  accounting or  lifecycle  analysis  issues. When  evaluating  the impacts  of  various  decisions,  such  as  improvements  in  energy  efficiency,  no economic value  is applied  to achieving the goal of a 50 percent reduction  in GHG emissions and how this can impact the overall economic performance of Calgary in terms of competitiveness, employment and improved health. 

To  provide  a  better  understanding  of  how  building  operators,  developers  and homeowners  might  make  decisions  on  energy  improvements  over  the  next  28 years, case studies were developed for average buildings or unit sizes for six typical buildings: 

• Residential Low density • Residential Medium Density • Residential High Density • Commercial – Office • Commercial – Retail • Average Industrial • Average Institutional 

For  each  building  type,  an  economic  assessment  was  prepared  relating  to  the retrofit of an existing building to reduce energy consumption by 25 percent and to upgrade a new building by 50 percent above code for new Model National Energy Code for Buildings (MNECB). In each case, electricity and gas use with and without the  energy‐saving  investment was  calculated,  along with  the  production  of GHG emissions. Chart 1 and 2 outline the  financial  implications of the energy and GHG saving investments for each of the seven building types. 

 Residential low density can be used to explain the results: 

Page 89: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

87  Energy Mapping Study  

• Residential low density involves a 160 m2 home.  To retrofit an average size single  detached  residential  home  to  reduce  energy  consumption  by  25 percent will cost a homeowner on average approximately $5,760. Energy savings for this improvement are estimated  to be $324, which provides for a 17.7 year backpack period to recover the  investment and begin earning from energy savings. A more valid  financial measure  is  the rate of return on  investment  (which  allows  the  investor  to  compare  this  to  other competing  investment opportunities).  In this case, the retrofit  investment produces a negative rate of return; a minimum rate of return today should be at  least 5% (although provincial government bond yields are under 3% at this moment). 

• Alternatively,  to  improve a new home by 50 percent above  the MNECB, will  cost  the  home  builder  an  extra  $2,592  to  implement  the  upgrade. Energy  savings each  year will be $656. This provides a new home buyer with a payback period of 4.0 years and the rate of return on investment is nearly 22 percent. 

In order to assess whether the results were sensitive to energy prices, three tests were  run  for  each  case:  (1) wherein  energy  prices  rise  at  the  same  rate  as  the Consumer Price Index (CPI); (2) wherein energy prices rise 3 percent higher than the CPI  in each year;  (3) wherein energy prices rise 5 percent higher  than CPI  in each year.  In all  cases,  these  relative price  changes  in energy did not materially affect investment financial feasibility. 

For instance, as outlined in Chart 1, the retrofit of existing building to reduce energy use  by  25  percent  provides  excellent  returns  for  commercial  office,  commercial retail and average  industrial buildings. Returns on high density  residential  retrofit are  also  good,  while  returns  for  the  average  institutional  are  marginal.  Both residential  low  and  residential  medium  density  retrofits  offer  poor  returns  for owners and are thus considered not viable financially.  

In  terms  of  new  buildings,  upgrading  to  the  MNECB  plus  50  percent  provides outstanding  returns  for  the  average  institutional  structure  and  are  excellent  for commercial  office,  commercial  retail,  residential  low  density  and  residential  high density. Returns are marginal for residential medium density and average industrial. 

This  analysis  indicates  that  for  cases where  returns  are  high,  the  City  of  Calgary could draw on local programs, such as BuildGreen™ and other initiatives, to educate builders, engineers and architects as a means of implementing an energy reduction strategy.  For  building  owners,  where  returns  are  marginal  or  negative  (e.g., residential low and medium density retrofits), a policy of subsidies may be effective in  cases where  appeals  to  achieving  environmental  goals  and  reductions  in  risk (potential  energy  price  spikes)  are  not  sufficient  incentives.  In  the  example  of residential  low density retrofits, a subsidy of approximately $3,250  (55 percent of the  capital  cost)  would  be  required  to  increase  the  return  on  investment  to  a minimally  acceptable 5 percent.   The  analysis  also  reveals  that  regardless of  fuel prices, adopting a 50 percent  improvement above  the MNECB provides excellent 

Page 90: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

    December 19, 2008 

88  Energy Mapping Study  

returns to investors. As well, it also underscores the need for the City of Calgary to have all new buildings developed to the MNECB plus 50 percent level of efficiency, which will allow Calgary  to meet  the proposed  community GHG  target and avoid potential  higher  cost  requirements  of  having  to  use  more  alternative  energy sources to compensate for the development of less efficient buildings. 

Relative  to other Canadian market places,  the  challenge  to  retrofit homes  fewer than  three  floors  is not an uncommon market  reality. To address  this,  incentives have been widely applied to encourage residential homeowners to invest in energy improvements  to  meet  energy  and  GHG  targets.  For  instance,  in  Ontario,  the province has  launched an extensive home energy  savings program  that  leverages the  Federal  governments’  ecoENREGY  retrofit  program. Owners  of homes  across Ontario  receive  support  to  undertake  an  energy  audit  and  are  eligible  for  up  to $5,000  for home energy  improvements. This matches up to $5,000 available  from the  federal  government  for  a  total  of  nearly  $10,000  in  energy  efficiency improvement  financing.   Similar programs are offered by municipalities,  including the City of Toronto, to encourage better building efficiency, including reductions in water consumption.  

Although the use of incentives have proven effective to raise awareness about the importance of  energy  efficiency,  it  is unlikely  that  strong  financial  incentives will achieve  the  100  percent  retrofit  goal  over  a  28  year  period.    Delaying improvements, particularly for the retrofit of buildings, will likely increase the need for more  expensive  local  energy  sources,  such  as  biomass  and  solar  hot water. Alternatively,  mandating  the  need,  through  innovative  planning  and  financing requirements,  including  local  improvement  costs,  or  legislative  changes  to  the building  code  are  likely  to  aid  in  achieving  a  higher  level  of  success  in meeting Calgary’s  GHG  reduction  goal  for  both  existing  and  new  buildings. 

Page 91: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

     

CHART  1  THE  FINANCIAL  IMPLICATIONS  OF  ENERGY AND  GHG  SAVING  INVESTMENTS  FOR  RETROFIT  25 PERCENT  LESS ENERGY CONSUMED 

 

Residential Low Density

Residential Medium

Residential High Density

Commercial Office

Commercial Retail

Average Industrial

Average Institutional

Unit of Measure

Building Size m2 160 240 10000 10000 1000 7500 9000retrofit cost $/m2 36.00$ 26.40$ 17.40$ 16.20$ 14.40$ 18.60$ 21.60$ GJ elec used GJ/m2/yr 0.1140 0.1140 0.1600 0.2740 0.4340 0.3540 0.1140GJ gas used GJ/m2/yr 0.3210 0.2570 0.4170 0.2890 0.4500 0.3530 0.5780Tonnes GHG produced Tonnes/m2/yr 0.0518 0.0472 0.0702 0.0899 0.1417 0.1146 0.0701

No RetrofitGJ elec used GJ/m2/yr 0.1520 0.1520 0.2130 0.3660 0.5790 0.4720 0.1520GJ gas used GJ/m2/yr 0.4280 0.3420 0.5570 0.3850 0.5990 0.4710 0.7710Tonnes GHG produced Tonnes/m2/yr 0.0690 0.0629 0.0936 0.1198 0.1889 0.1528 0.0935

Benefits of retrofitGJ elec used GJ/m2/yr 0.0380 0.0380 0.0530 0.0920 0.1450 0.1180 0.0380GJ gas used GJ/m2/yr 0.1070 0.0850 0.1400 0.0960 0.1490 0.1180 0.1930Tonnes GHG produced Tonnes/m2/yr 0.0173 0.0157 0.0234 0.0300 0.0472 0.0382 0.0234

Energy Priceselecricity $/GJ 28.29$ 28.29$ 28.29$ 28.29$ 28.29$ 28.29$ 28.29$ gas $/GJ 8.93$ 8.93$ 8.93$ 8.93$ 8.93$ 8.93$ 8.93$

Savings Due to Retrofitelec saved $/yr 172.00$ 258.00$ 14,993.70$ 26,026.80$ 4,102.05$ 25,036.65$ 9,675.18$

gas saved $/yr 152.85$ 182.14$ 12,499.48$ 8,571.07$ 1,330.30$ 7,901.46$ 15,508.28$

total energy savings $/yr 324.85$ 440.14$ 27,493.18$ 34,597.87$ 5,432.35$ 32,938.11$ 25,183.46$ GHG saved Tonnes GHG/yr 2.7605 3.7742 233.9080 299.5177 47.2326 286.5781 210.2673

Capital Cost of Retrofit: $ 5,760.00$ 6,336.00$ 174,000.00$ 162,000.00$ 14,400.00$ 139,500.00$ 194,400.00$

Quick Payback yrs 17.7 14.4 6.3 4.7 2.7 4.2 7.7

Rate of Return - 10 years, 0% net energy inflation (vs. CPI)

% -9% -6% 9% 17% 36% 20% 5%

Rate of Return - 10 years, 3% net energy inflation (vs. CPI)

% -7% -4% 12% 20% 39% 22% 8%

Rate of Return - 10 years, 5% net energy inflation (vs. CPI)

% -5% -2% 14% 21% 41% 24% 9%

Page 92: Energy Mapping Study - SPECIAL · Energy Mapping Study ... Calgary staff to evaluate the link between the future physical form of the city with the potential to shift the source of

     

    

 

CHART  2  THE  FINANCIAL  IMPLICATIONS  OF  ENERGY AND  GHG  SAVING  INVESTMENTS  FOR  NEW  BUILDINGS 50 PERCENT  BETTER  THAN MNECB 

 

Residential Low Density

Residential Medium

Residential High Density

Commercial Office

Commercial Retail

Average Industrial

Average Institutional

Unit of MeasureBuilding Size m2 160 240 10000 10000 1000 7500 9000Added Cost $/m2 16.20$ 16.37$ 22.21$ 26.29$ 26.59$ 7.19$ 19.99$ GJ elec used GJ/m2/yr 0.2200 0.2010 0.2240 0.2630 0.4060 0.1160 0.3960GJ gas used GJ/m2/yr 0.1510 0.1450 0.1380 0.1980 0.1330 0.1590 0.1820Tonnes GHG produced Tonnes/m2/yr 0.0662 0.0611 0.0665 0.0806 0.1119 0.0407 0.1130

Code (No Upgrade)GJ elec used GJ/m2/yr 0.2570 0.2110 0.3090 0.4450 0.5700 0.1980 0.6070GJ gas used GJ/m2/yr 0.4930 0.3470 0.3710 0.4880 0.5500 0.2730 0.4390Tonnes GHG produced Tonnes/m2/yr 0.1001 0.0780 0.1045 0.1472 0.1831 0.0695 0.1846

Benefits of upgrade to 50%GJ elec saved GJ/m2/yr 0.0370 0.0100 0.0850 0.1820 0.1640 0.0820 0.2110GJ gas saved GJ/m2/yr 0.3420 0.2020 0.2330 0.2900 0.4170 0.1140 0.2570Tonnes GHG reduced Tonnes/m2/yr 0.0339 0.0169 0.0380 0.0666 0.0712 0.0288 0.0716

Energy Priceselecricity $/GJ 28.29$ 28.29$ 28.29$ 28.29$ 28.29$ 28.29$ 28.29$ gas $/GJ 8.93$ 8.93$ 8.93$ 8.93$ 8.93$ 8.93$ 8.93$

Savings Due to Upgrade to 50%elec saved $/yr 167.48$ 67.90$ 24,046.50$ 51,487.80$ 4,639.56$ 17,398.35$ 53,722.71$

gas saved $/yr 488.55$ 432.84$ 20,802.71$ 25,891.78$ 3,723.06$ 7,633.61$ 20,650.93$

total energy savings $/yr 656.03$ 500.74$ 44,849.21$ 77,379.58$ 8,362.62$ 25,031.96$ 74,373.64$ ghg saved Tonnes/yr 5.4240 4.0560 380.0000 666.0000 71.2000 216.0000 644.4000

Capital Cost of Upgrade to 50%: 2,592.00$ 3,928.80$ 222,100.00$ 262,900.00$ 26,590.00$ 53,925.00$ 179,910.00$

Quick Payback yrs 4.0 7.8 5.0 3.4 3.2 2.2 2.4

Rate of Return - 10 years, 0% net energy inflation (vs. CPI)

% 22% 5% 15% 27% 29% 45% 40%

Rate of Return - 10 years, 3% net energy inflation (vs. CPI)

% 25% 7% 18% 29% 32% 48% 43%

Rate of Return - 10 years, 5% net energy inflation (vs. CPI)

% 26% 9% 20% 31% 34% 50% 45%