TEK10 - tips og råd om energiberegninger

Fagdagene 2014, 5. nov 2014

Krav i Klimaforliket og EPBD II

Klimaforliket 2012 (klimameldingen):

• Skjerpe energikravene i byggeteknisk forskrift til passivhusnivå i 2015 og nesten nullenerginivå i 2020.

• Kravnivå baseres på samfunnsøkonomiske og helsemessige konsekvenser og kompetansen i byggenæringen.

EUs reviderte bygningsenergidirektiv (2010/31/EU):

Article 9 Nearly zero-energy buildings

1. Member States shall ensure that:

(a) by 31 December 2020, all new buildings are nearly zero- energy buildings;

(b) after 31 December 2018, new buildings occupied and owned by public authorities are nearly zero-energy buildings.

EU-Directive on energy performance of buildings Nearly zero-energy buildings from December 2020 EU

US

Japan

Nye energikrav i TEK

1997

Energikravkrav

2010

TEK97

TEK10

rev. 2007

Passivhusnivå

Overgangsperiode

Nær nullenergi?

1 år?

Jan 2016 ? Passivhusnivå

2,5 år

1 år

2021 ? Nær null- energi?

Teknisk forskrift 1997

1 år?

Teknisk forskrift 2010

Ny teknisk forskrift 2017?

Energitiltaksmodellen m/ mulighet for omfordeling

◦ Ved omfordeling er referansen eget bygg med 20 % dør- og

vindusareal

Rammekravsmodellen – totalt, netto energibehov

◦ småhus: 120 + 1600/BRA (kWh/m2)

◦ øvrige boligbygg: 115 kWh/m2

Dokumentere at beregnet, normert energibehov er lavere enn

rammen

TEK10 kap 14 Energi - To alternative modeller

Ulike beregningspunkt som referanse for energikrav

TEK10 § 14-3 TEK10 § 14-4

NS 3700 Passivhus Energimerking

Revidert bygnings-energidirektiv (EPBD II)

Varmetap (energitiltak) Netto energibehov Levert energi Vektet, levert energi

• Beregnet varmetap fra bygget

• Beregnet energibehov for å holde bygget oppvarmet, uten hensyn til egenskapene til varmeanlegget

• Beregnet energibehov til bygget når det også tas hensyn til egenskapene til varmeanlegget

• Beregnet energibehov til bygget med (miljø)vekting av energivarene

Inndata; • Transmisjonsvarmetap • Ventilasjonsvarmetap • Infiltrasjonsvarmetap

Inndata: • Solvarmetilskudd • Internvarme fra

lys, utstyr og personer • Varmekapasitet

(varmelagring) • Vifte- og pumpeenergi • Varmtvannsbehov

Inndata: • Kapasitet til varmeanlegget • Systemvirkningsgrader for

varmeanlegget: - produksjonsvirkningsgrad - distribusjonsvirkningsgrad - romvirkningsgrad

Inndata: • Total primærenergifaktorer • Ikke-fornybar primær-

energifaktorer • CO2-faktorer • Energipriser • etc.

Energitiltak m/ omfordeling

U-verdier [W/(m2K)] TEK10

Yttervegg 0,18

Vinduer og dører 1,2

Tak 0,13

Golv 0,15

Normalisert kuldebro [W/K per m2 BRA] 0,06/0,03

Varmegjenvinning ventilasjon 70 %

Lekkasjetall [luftveksl. per time v/ 50 Pa] 1,5/2,5

SFP [kW/(m3/s)] 2,5

Vindus- og dørandel av BRA 20 %

Energitiltakene i TEK10 er grunnlag for energirammekrav

Boligprodusentene søker slanke yttervegger. Nye, roterende varmegjenvinnere har virkningsgrad 80-85 %, mot TEK10-nivået 70 % . Bedre varmegjenvinning omfordeles mot slankere vegg. Vanlig utførelse er 20 cm isolasjon i yttervegg (U-verdi ca 0,22 W/(m2K)), mot 25 cm isolasjon som U-verdi 0,18 W/(m2K) ville tilsvare. Denne omfordelingen er en del av "TEK10-pakka".

0,22

80 %

Omfordeling

Bygningsdel/ tiltak

Mengde

Nivå (energitiltak i TEK10 § 14-3)

Varmetap

Transmisjon

Yttervegg 170 m2 U = 0,18 W/(m2K) 31 W/K

Vindu/dør 20 % av BRA = 32 m2 U = 1,2 W/(m2K) 38 W/K

Tak 88 m2 U = 0,13 W/(m2K) 11 W/K

Golv 80 m2 U = 0,15 W/(m2K) 12 W/K

Kuldebro 160 m2 BRA ψ = 0,03 W/K per m2 BRA 5 W/K

Ventilasjon 1,2 m3/m2 per time η = 70 % 19 W/K

Luftlekkasjer 459 m3 n50 = 2,5 luftv. per time 26 W/K

Varmetransportkoeffisient 143 W/K

Varmetapstall 0,89 W/K per m2 BRA

Beregning av varmetap (W/K)

"SINTEF-kassa" • enebolig i to etasjer • grunnflate 8 m x 10 m • skråtak i andre etasje • oppvarmet areal = 160 m2 BRA

Beregning av netto energibehov (kWh/m2)

Sol- innstråling

Personvarme 1,5 W/m2 BRA

Belysning 1,3 W/m2 BRA

Elektrisk utstyr 1,2 W/m2 BRA

Utetemperatur

Innetemperatur

Varmetap: • transmisjonsvarmetap • infiltrasjonsvarmetap • ventilasjonsvarmetap Varmetilskudd fra: • belysning, elektrisk utstyr og

personer (4,0 W/m2 BRA) • solinnstråling Andre parametre: • Varmekapasitet • Temperatur ventilasjonstilluft

Eksempel: Netto oppvarmingsbehov for SINTEF-kassa ved ÷ 5o C utetemperatur: Varmetap: 143 W/K · (20 – (– 5)) = 3 575 W Varmetilskudd: 4,0 W/m2 BRA · 160 m2 BRA = 640 W Netto oppvarmingsbehov per time (uten sol): 3 575 Wh – 640 Wh ≈ 3 000 Wh

Interne varmetilskudd

Beregning av levert energi (kWh/m2)

Eksempel: Levert energi til oppvarming for SINTEF-kassa ved ÷ 5o C utetemperatur: Netto oppvarmingsbehov (per time): 3 000 Wh Levert energi (per time): - elektrisk oppvarming: 3 000 Wh/0,98 = 3 060 Wh - bergvarmepumpe: 3 000 Wh/2,22 = 1 350 Wh - fjernvarme: 3 000 Wh/0,84 = 3 570 Wh

Bygger på netto energibehov, men tar hensyn til virkningsgrader i varmeanlegget: • produksjonsvirkningsgrad • distribusjonsvirkningsgrad • romvirkningsgrad Total systemvirkningsgrad (NS 3031): • elektriske panelovner: 0,98 • bergvarmepumpe: 2,22 • fjernvarme: 0,84

Varmeanlegg

Beregning av vektet, levert energi (kWh/m2)

Bygger på levert energi, men med vekting av energibærerne EPBD II krever bruk av numerisk indikator basert på primærenergi.

Primærenergifaktorer fastsettes nasjonalt, kan velge mellom: • total primærenergi • ikke-fornybar primærenergi

Energivare Ikke-fornybar primærenergifaktor

Fornybar primærenergifaktor

Total primærenergifaktor

Fyringsolje 1,05 0,00 1,05

Gass 1,05 0,00 1,05

Elektrisitet fra nettet 2,30 0,20 2,50

Elektrisitet fra nettet basert på vannkraft

0,50 1,00 1,50

Fjernvarme 1,30 0,00 1,30

Ved 0,05 1,00 1,05

Biogass 0,05 1,00 1,50

Primærenergifaktorer (prEN 15603:2013)

NS 3031

Metode/formelverk:

• varmetapstall

• netto energibehov

• levert energi

• vektet levert energi

Normative og informative inndata (bruksbetingelser)

Bruksområde

• Beregne energiytelse opp mot krav i tekniske forskrift

• Beregne energiytelse opp mot energimerkeordningen

• Vurdere virkningen av alternative utforminger/løsninger

• Vurdere virkningen av tiltak i eksisterende bygg

Normative og informative tillegg

Referansebygg for rammekravsmodellen Energirammen er basert på utregninger for "SINTEF-kassa" og "SINTEF-blokka", med antakelse om energitiltak ihht. energitiltaksmodellen:

• småhus: 120 + 1600/BRA (kWh/m2)

• øvrige boligbygg: 115 (kWh/m2 )

"SINTEF-kassa" • småhus i to etasjer • grunnflate 8 m x 10 m • skråtak i andre etasje

(gj.snitt romhøyde 2,9 m) • oppvarmet areal = 160 m2 BRA

"SINTEF-blokka" • blokk i tre etasjer • grunnflate 10 m x 30 m • romhøyde 2,4 m • oppvarmet areal = 900 m2 BRA

Valg av referansebygg har betydning Opprinnelig hadde "SINTEF-kassa" kaldt loft (flat himling) og romhøyde 2,4 m) I prosessen før "TEK07" ble dette endret til mønt himling og gjennomsnittlig romhøyde 2,9 m

2,4 m

0,25 m

2,4 m

5,05 m

2,4 m

0,25 m

2,4 m

5,05 m

1,87 m

Justert versjon med mønt himling → 5 kWh høyere energiramme

Opprinnelig

Arkitektene må tenke på bygningsformen

Hus X: Veggtykkelsen må økes fra 200 mm til 500 mm for å få like lavt oppvarmingsbehov som Trend 3

Alternative referansebygg – størrelse og bygningsform Småhus

Nordbohus Auriga - 113 m2 Mesterhus Nora - 127 m2

Norgeshus Trend 3- 129 m2

Nordbohus Tekno – 147 m2

Block Watne Lykkebo – 155 m2 SINTEF-kassa- 160 m2 Norgeshus Asplund - 167 m2

Nordbohus Nukleus - 172 m2

Mesterhus Karita - 172 m2

Tomannsbolig - 252 m2

Rekkehus – 480 m2

Øvrige boligbygg (blokker)

SINTEF-blokka – 900 m2 Block Watne, Prosjekt K3 – 1384 m2 Block Watne, Prosjekt K4 – 1941 m2 Indeksbygg, UU-blokka -2987 m2

Sammenheng mellom varmetapstall og oppvarmingsbehov

Forutsetninger: - Energitiltak etter TEK10 - 20 % dør- og vindusandel - vindusorientering N/Ø/S/V = 25%/20%/35%/20%

Forenklet sammenheng mellom varmetapstall og netto energibehov

y = oppvarmingsbehov (kWh per m2 oppv. BRA) x = varmetapstall (W/K per m2 oppv. BRA) Forutsetter energitiltak etter TEK10 og bygg med samme varmekapasitet, orientering av vinduene, solskjerming, teknisk utstyr, belysning, styring regulering m.m.

Eksempel: Beregning av varmetapstall for småhus

Antakelser:

• rektangulær "skoeske" i to etasjer,

• lengde = 1,5 x bredde, (maks. bredde 8 m)

• energitiltak etter TEK10

Bruksareal m2 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Geometrske inndata Bredde m 5,2 5,8 6,3 6,8 7,3 7,7 8,0 8,0 8,0 8,0 Lengde m 7,7 8,7 9,5 10,2 11,0 11,6 12,5 13,8 15,0 16,3 Romhøyde m 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 Luftvolum m3 192,0 240,0 288,0 336,0 384,0 432,0 480,0 528,0 576,0 624,0 Omkrets m 25,8 28,9 31,6 34,2 36,5 38,7 41,0 43,5 46,0 48,5 Vinduer og dører m2 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 36,0 40,0 44,0 48,0 52,0 Yttervegg m2 117,0 128,7 138,9 147,9 156,1 163,5 171,2 180,0 188,9 197,8 Golv m2 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0 130,0 Tak m2 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0 130,0

Beregnet varmetap W/K W/K W/K W/K W/K W/K W/K W/K W/K W/K

Vinduer og dører 1,2 W/(m2)K 19,2 24,0 28,8 33,6 38,4 43,2 48,0 52,8 57,6 62,4

Yttervegg 0,18 W/(m2)K 21,1 23,2 25,0 26,6 28,1 29,4 30,8 32,4 34,0 35,6

Golv 0,15 W/(m2)K 6,0 7,5 9,0 10,5 12,0 13,5 15,0 16,5 18,0 19,5

Tak 0,13 W/(m2)K 5,2 6,5 7,8 9,1 10,4 11,7 13,0 14,3 15,6 16,9

Kuldebroer 0,03 W/(m2)K 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 5,4 6,0 6,6 7,2 7,8

Luftlekkasjer 2,5 Luftv/time 11,1 13,9 16,6 19,4 22,2 24,9 27,7 30,5 33,3 36,0 Sum 64,9 78,0 90,8 103,4 115,9 128,2 140,5 153,1 165,7 178,2 Beregnet varmetapstall W/K per m2 0,812 0,780 0,757 0,739 0,724 0,712 0,703 0,696 0,690 0,686

Varmetapstall for småhus som funksjon av bruksareal (BRA) og antall etasjer Forutsetning:

• rektangulære "skoesker" i 1, 2 og 3 etasjer (maks. bredde 8 m)

• energitiltak etter TEK10

Varmetapstall uten ventilasjonsvarmetap (kun transmisjon og infiltrasjon)

Varmetapstall for øvrige boligbygg som funksjon av bruksareal (BRA) og antall etasjer Forutsetning:

• Rektangulære "skoesker" i 2, 3 og 4 etasjer (maks. bredde 14 m)

• energitiltak etter TEK10

Varmetapstall uten ventilasjonsvarmetap (kun transmisjon og infiltrasjon)

Varmetapstall for småhus med TEK10-tiltak

Energitiltak etter TEK10 , inkl 20 % dør- og vindusandel Varmetapstall uten ventilasjonsvarmetap (kun transmisjon og infiltrasjon)

Blokk K3

Blokk K4

UU-blokka (Indeksbygg)

Varmetapstall for blokker med TEK10-tiltak

UU-blokka (indeksbygg) 4 etasjer

BW K3 3 etasjer

BW K4 3 etasjer

Energitiltak etter TEK10 , inkl 20 % dør- og vindusandel Varmetapstall uten ventilasjonsvarmetap (kun transmisjon og infiltrasjon)

SINTEF-blokka 3 etasjer

Eksempel: Nødvendig økning av veggtykkelsen for å kompensere for det økte varmetap pga "ugunstig" bygningsform

UU-blokka (indeksbygg) 4 etasjer

BW K3 3 etasjer

BW K4 3 etasjer

+13 cm veggisolasjon

+25 cm veggisolasjon

+35 cm veggisolasjon +13 cm veggisolasjon

SINTEF-blokka 3 etasjer

Valg av simuleringsprogram

NS 3031 åpner for to beregningsalternativer:

• bruke månedsstasjonær beregning med formler gitt i standarden

• bruke simuleringsprogram som er validert (testet) etter NS-EN 15265 og tilfredsstiller 'level C'.

Utfordring:

• validerte program gir ikke samme svar!

Standarden beskriver:

• referansebygg

• 8 alternative konstruksjonsløsninger og bruksbetingelser

• referanseklima (timesverdier)

• fasitsvar for oppvarmingsbehov (QH,ref) og kjølebehov (QC,ref) for de 8 alternativene

• kriterier for validering: – 'level A' (maks ± 5% avvik fra fasitsvar)

– 'level B' (maks ± 10% avvik fra fasitsvar)

– 'level C' (maks ± 15% avvik fra fasitsvar)

Validering etter NS-EN 15265

2,8 m

5,5 m

3,6 m

For å beregne energibehov opp mot krav i TEK10 må simuleringsprogrammet tilfredsstille "level C', tilsvarende maksimalt 15 % avvik fra fasitsvaret. Kravet gjelder for hver av de 8 alternativene, og skal tilfredsstilles separat for beregnet oppvarmingsbehov og beregnet kjølebehov.

Energibesparelse ved endring av energitiltak Utgangspunkt TEK10

Energibesparelse ved endring av energitiltak Utgangspunkt TEK10

Nåverdi av framtidig energibesparelse (50 år, 4 % realrente og energipris 1,00 kr/kWh) Boligstørrelse 160 m2 BRA Eksempel: Økning fra 25 cm til 40 cm isolasjon i yttervegg: Energibesparelse = 8 kWh/m2 · 160 m2 · 1,00 kWh/kWh · 21,5 = kr 27 500 Dvs. nåverdi av framtidige energibesparelser forsvarer en merinvestering på kr 27 500

Optimal isolasjonstykkelse for Glava 35 inkludert energibruken til produksjon av isolasjonen (innebygget energi)

Energiforsyning www.boligprodusentene.no

Mindre enn 15 000

kWh/år

Merkostnader over livsløpet?

JA Skorstein og lukket ildsted for biobrensel i alle

boenheter over 50 m2

JA

NEI

Natur- forhold gjør det praktisk

umulig?

JA

NEI

Tilfredsstilles passivhusnivå?

NEI

Ikke krav til varmeanlegg

NB! Passivhusstandarden NS 3700 stiller egne krav

til energiforsyning

JA

NEI

Hovedkrav § 14-7 første og andre ledd

Unntaksmulighet § 14-7 tredje og fjerde ledd

Krav til energiforsyning og varmeanlegg

Dekkes tilfredsstillende andel av

netto varmebehov med annet enn fossilt brensel eller direktevirkende elektrisitet:

≤ 500 m2: 40 % > 500 m2: 60 %

NB! Arealgrensen 500 m2 refererer til oppvarmet bruksareal og gjelder hele bygningen, ikke enkelt-leiligheter. Kjedete eneboliger bundet sammen med åpen carport, bod etc, regnes som én bygning NB! Passivhusstandarden NS 3700 stiller egne krav til energiforsyning. Med passivhus etter standarden er det dermed ikke "fritt fram" ved valg av varme-anlegg, selv om TEK10 § 14-7 gir unntak for bygg som tilfredsstiller passivhusnivå

Tilknytningsplikt til fjernvarme? §14-8

JA Krav i plan om tilknytning til fjernvarme?

NEI

Nye bygg skal utstyres med varmeanlegg slik at

fjernvarme kan utnyttes til romoppvarming, ventilasjon

og varmtvann

"Ryk

k ti

lbak

e ti

l sta

rt"

OK!

NEI

JA

Lønnsomhetsberegning http://kalkulatorer.norskteknologi.no/tekkalk/ • Kan bruke nøkkeltall for investeringskostnader for

alternative varmeløsninger