1.Desafio Urbano 2.Eficiência Energética na Europa
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1.Desafio Urbano 2.Eficiência Energética na Europa
03-07-2009 Edifícios Eficientes Uma Estratégia para “Balanço de Energia Zero Net Zero Energy Buildings” Helder Gonçalves 1 Julho 2009 1.Desafio Urbano 2.Eficiência Energética na Europa 3.Dos Edifícios Eficientes ao Edifícios de Consumo Zero IEA SHCP Task 40 / ECBCS Annex 52 4.Exemplo 1 03-07-2009 Desafio Urbano Edifícios e Cidades Credit: C. Mayhew & R. Simmon (NASA/GSFC), NOAA/ NGDC, DMSP Digital Archive http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap020810.html 2 03-07-2009 Edifícios = 1950 existiam 2 Megacidades com mais de 10 milhões de Habitantes, Nova York e Tóquio Consumo Energético= 2007 : 20 Megacidades Emissões de CO2 Wordwatch Institute- State of the world 2007 Em 2008, 50 % da população mundial vive em áreas urbanas 3200 Milhões Wordwatch Institute- State of the world 2007 New York 3 03-07-2009 Lima - Perú Desafios 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Aumento do Consumo Energético Preços da Energia Que recursos? Alterações CLimáticas Eficiência Energética e as Renováveis Concentração Urbana Clima/ Microclima / Ilha de Calor Regulamentação e Certificação Certification Novo paradigma http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap020810.html 2002 August 10 4 03-07-2009 Eficiência Energética na Europa 5 03-07-2009 EU ENERGY AND CLIMATE POLICY EU 2020 TARGETS 20% less greenhouse gas emissions New energy and climate change package of the Commission 20% better energy efficiency Accompanied by: 20% share of renewables in the energy mix • EU Directives on Renewables, Buildings, Biofuels, CHP, Energy Services… • Energy Efficiency Action Plan 10% biofuels in transport 11 fuel ENERGY PERFORMANCE BUILDING DIRECTIVE (EPBD-2002/2006) • Calculation of the integrated energy performance with a methodology at national or regional level under a common framework • Minimum requirements on the energy performance of new buildings and large refurbishments • Energy certification of buildings making energy consumption visible to owners, tenants and users • Inspection of boilers and air-conditioning systems • Independent experts for assessment and inspection 12 6 03-07-2009 England and Walles Non Residential The standard calculation tool SBEM is based on the EN 13790 monthly method, and EN13790 also permits hourly simulations Residential The recommendation is to use a specific ca;lculation (Appendix P of SAP 2005) to assess overheating risk. This takes account of glazing area and orientation, shading, heat gains through the structure, ventilation, and thermal capacity of the structure Energy sued for cooling is included in the carbon emission calculation (when airconditioong is installed), but there is no load calculation, nor any other penalty CO2/m2, kWh/m2 Certificação Energética ENERGIEAUSWEIS für Wohngebäude ENERGIEAUSWEIS für Wohngebäude gemäß den §§ 16 ff. Energieeinsparverordnung (EnEV) gemäß den §§ 16 ff. Energieeinsparverordnung (EnEV) 1 Erstellt am: Erläuterungen CERTIFICATE FOR ENERGY PERFORMANCES OF A BUILDING Adresse Gebäudeteil Gebäudefoto (freiwillig) Baujahr Gebäude Primärenergiebedarf – Seite 2 Der Primärenergiebedarf bildet die Gesamtenergieeffizienz eines Gebäudes ab. Er berücksichtigt neben der Endenergie auch die so genannte „Vorkette“ (Erkundung, Gewinnung, Verteilung, Umwandlung) der jeweils eingesetzten Endenergieträger (z. B. Heizöl, Gas, Strom, erneuerbare Energien etc.). Kleine Werte (grüner Bereich) signalisieren einen geringen Bedarf und damit eine hohe Energieeffizienz und Ressourcen und Umwelt schonende Energienutzung. Die Vergleichswerte für den Energiebedarf sind modellhaft ermittelte Werte und sollen Anhaltspunkte für grobe Vergleiche der Werte dieses Gebäudes mit den Vergleichswerten ermöglichen. Es sind ungefähre Bereiche angegeben, in denen die Werte für die einzelnen Vergleichskategorien liegen. Im Einzelfall können diese Werte auch außerhalb der angegebenen Bereiche liegen. Zusätzlich können die mit dem Energiebedarf verbundenen CO2-Emissionen des Gebäudes freiwillig angegeben werden. Baujahr Anlagentechnik Category № Anzahl Wohnungen Gebäudenutzfläche (AN) Valid till: Anlass der Ausstellung des Energieausweises Neubau Modernisierung Vermietung / Verkauf Sonstiges (freiwillig) Hinweise zu den Angaben über die energetische Qualität des Gebäudes Die energetische Qualität eines Gebäudes kann durch die Berechnung des Energiebedarfs unter standardisierten Randbedingungen oder durch die Auswertung des Energieverbrauchs ermittelt werden. Als Bezugsfläche dient die energetische Gebäudenutzfläche nach der EnEV, die sich in der Regel von den allgemeinen Wohnflächenangaben unterscheidet. Building ENERGIEAUSWEIS Address Der Energieausweis wurde auf der Grundlage von Berechnungen des Energiebedarfs erstellt. Die Ergebnisse sind auf Seite 2 dargestellt. Diese Art der Ausstellung darf bei allen Wohngebäuden genutzt werden und ist für Pflicht bei Neubauten. Zusätzliche Informationen zum Verbrauch sind freiwillig.(EnEV) Die angegebenen Vergleichsgemäß den §§ 16 ff. Energieeinsparverordnung werte wurden an Hand von Modellrechnungen bzw. Verbrauchsauswertungen ermittelt und sollen überschlägige Vergleiche ermöglichen (Erläuterungen – siehe Seite 4). Type of construction Eigentümer Datenerhebung Bedarf/Verbrauch durch gemäß den §§ 16 ff. Energieeinsparverordnung (EnEV) m2 Heated area m2 Heated volume m3 Photo of the Building! 2 Aussteller Energiebedarf Built area Gemessener Energieverbrauch des Gebäudes Energieverbrauchskennwert Dem Energieausweis sind zusätzliche Informationen zur energetischen Qualität beigefügt (freiwillige Angabe). „Gesamtenergieeffizienz“ Primärenergiebedarf kWh/(m²·a) Der Energieausweis dient lediglich der Information. Die Angaben im Energieausweis beziehen sich auf das gesamte Wohngebäude oder den oben bezeichneten Gebäudeteil. Der Energieausweis ist vor allem dafür gedacht, einen überschlägigen Vergleich von Gebäuden und0Gebäudeentwürfen 50 100zu ermöglichen. 150 200 250 300 Aussteller Dieses Gebäude: kWh/(m²·a) Hinweise zur Verwendung des Energieausweises 350 400 0 >400 50 100 150 200 250 350 Kleine400 Werte >400 (grüner Bereich) signalisieren einen geringen Verbrauch. Ein Rückschluss auf den künftig zu erwar- enthalten nicht enthalten Warmwasserverbrauch: CO2-Emissionen * Endenergiebedarf kg/(m²·a) Verbrauchserfassung – Heizung und Warmwasser Energetische Qualität der Gebäudehülle Abrechnungszeitraum Gebäude Ist-Wert kWh/(m²a) Gebäude Ist-Wert HT’ W/(m²K) EnEV-Anforderungs-Wert kWh/(m²a) EnEV-Anforderungs-Wert HT’ W/(m²K) Energieträger von bis Brennstoffmenge (kWh) 3 können Fensterdie Westseite Gegen Holzfenster UF= 1,3 W/(m²·K) austauschen tenden Verbrauch ist jedoch nicht möglich; insbesondere Verbrauchsdaten einzelner Wohneinheiten stark differieren, weil sie von deren Lage im Gebäude, von jeweiligen Nutzung und vom individuellen Verhalten 4 der Fenster Ostseite Rahmen abdichten, neue Verglasung UF= 1,0 W/(m²·K) abhängen. Dies trifft auch zu auf die Energieverbrauchskennwerte kleiner Gebäude. Ein Korrekturzuschlag soll hier dazu beitragen, dass die statistisch zu erwartenden Fehler 5 kompensiert Heizkesselwerden. Erneuern gemäß EnEV (ges. Pflicht ab 12/2006) Gemischt genutzte Gebäude 6 Heizkessel Austausch gegen Gas-Brennwertkessel (altern. zu Nr. 8) Für Energieausweise bei gemischt genutzten Gebäuden enthält die Energieeinsparverordnung besondere Vorgaben. Danach sind - je nach Fallgestaltung - entweder ein7 gemeinsamer Energieausweis oder für gemäß EnEV (ges. Pflicht ab 12/2006) Heizungsrohre im Keller für alle NutzungenDämmung Wohnungen und für die übrigen Nutzungen zwei getrennte Energieausweise auszustellen; dies ist auf Seite 1 der 8 Oberste Geschossdecke Dämmung gemäß EnEV (ges. Pflicht ab 12/2006) Energieverbrauchskennwert in kWh/(m²a) Ausweise erkenntlich. (zeitlich bereinigt, klimabereinigt) Anteil Warmwasser (kWh) Klimafaktor Heizung Heizung einschl. Korrekturzuschlag Warmwasser Kennwert „Normverbrauch“ Endenergiebedarf Heizung 9 Dachschräge weitere Empfehlungen auf gesondertem Blatt Hinweis: Jährlicher Endenergiebedarf in kWh/(m2a) für Energieträger Modernisierungsempfehlungen zum Energieausweis chen Wetterdaten auf einen deutschlandweiten Mittelwert1 mitWestfassade Klimafaktoren(=Rückseite) umgerechnet. So führen beispielsweise Wärmedämmverbundsystem m. 12cm Hartschaum u. Reibeputz hohe Verbräuche in einem einzelnen harten Winter nicht zu einer schlechteren Beurteilung des Gebäudes. Der 2 Ostfassade (=Straßenseite) Innendämmung 8cm (Achtung: fachgerechte Anschlüsse!) Energieverbrauchskennwert gibt Hinweise auf die energetische Qualität des Gebäudes und seiner Heizungsanlage. 300 kWh/(m²·a) Unterschrift des Ausstellers Nachweis der Einhaltung des § 3 oder § 9 Abs. 1 der EnEV (Vergleichswerte) Primärenergiebedarf Annual energy consumption Endenergiebedarf – Seite 2 Der Endenergiebedarf gibt die nach technischen Regeln berechnete, jährlich benötigte Energiemenge für Heizung, Lüftung und Warmwasserbereitung an („Normverbrauch“). Er wird unter Standardklima und -nutzungsbedingungen errechnet und ist ein Maß für die Energieeffizienz eines Gebäudes und seiner Anlagentechnik. Der Endenergiebedarf ist die Energiemenge, die dem Gebäude bei standardisierten Bedingungen unter Berücksichtigung der Energieverluste zugeführt werden muss, damit die standardisierte Innentemperatur, der Warmwasserbedarf und die notwendige Lüftung sichergestellt werden können. Kleine Werte (grüner Bereich) signalisieren einen geringen Bedarf und damit eine hohe Energieeffizienz. gemäß § 20 Energieeinsparverordnung (EnEV) Energetische Qualität Gebäudehülle – Seite 2 Angegeben ist der spezifische, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogene Transmissionswärmeverlust (Formelzeichen in der EnEV: HT’). Er ist ein MaßGebäude für die durchschnittliche energetische Qualität aller wärme3 übertragenden Umfassungsflächen (Außenwände, Decken, Fenster etc.) eines Gebäudes. Kleine Werte signaliHauptnutzung / sieren einen guten baulichen Wärmschutz. Adresse Hauptstraße 11, 55555 Musterstadt Wohngebäude Gebäudekategorie Energieverbrauchskennwert – Seite 3 Der ausgewiesene Energieverbrauchskennwert wird für das Gebäude auf der Basis der Abrechnung von Heiz- und ggf. Warmwasserkosten nach der Heizkostenverordnung und anderer Verbrauchsdaten ermittelt. Dabei werden die Empfohlene Modernisierungsmaßnahmen Energieverbrauchsdaten des gesamten Gebäudes und nicht der einzelnen Wohn- oder Nutzeinheiten zugrunde Nr. Bau- oder Anlagenteile Maßnahmenbeschreibung gelegt. Über Klimafaktoren wird der gemessene Energieverbrauch für die Heizung hinsichtlich der konkreten örtli- ENERGIEAUSWEIS für Wohngebäude Wohngebäude Energiebedarf des Gebäudes Der Energieausweis wurde auf derBerechneter Grundlage von Auswertungen des Energieverbrauchs erstellt. Die Ergebnisse sind auf Seite 3 dargestellt. Year of construction 4 Energiebedarf – Seite 2 Der Energiebedarf wird in diesem Energieausweis durch den Jahres-Primärenergiebedarf und den Endenergiebedarf dargestellt. Diese Angaben werden rechnerisch ermittelt. Die angegebenen Werte sind auf der Grundlage der Bauunterlagen bzw. gebäudebezogener Daten und unter Annahme von standardisierten Randbedingungen (z.B. standardisierte Klimadaten, definiertes Nutzerverhalten, standardisierte Innentemperatur und innere Wärmegewinne usw.) berechnet worden. So lässt sich die energetische Qualität des Gebäudes unabhängig vom Nutzer und der Wetterlage beurteilen. Insbesondere wegen standardisierter Randbedingungen erlauben die angegebenen Werte keine Rückschlüsse auf den tatsächlichen Energieverbrauch. Gebäude Gebäudetyp Warmwasser Gesamt in kWh/(m2a) Zwischen-/Untersparrendämmung 16 cm (altern. zu Nr. 8) Modernisierungsempfehlungen für das Gebäude dienen lediglich der Information. Sie sind nur kurz gefasste Hinweise und kein Ersatz für eine Energieberatung. Hilfsgeräte Beispielhafter Variantenvergleich (Angaben freiwillig) ACTUAL Durchschnitt STANDARD Erneuerbare Energien Einsetzbarkeit alternativer Energie-versorgungssysteme nach § 5 EnEV vor Baubeginn berücksichtigt Vergleichswerte Endenergiebedarf 0 50 100 150 200 250 300 350 Vergleichswerte Endenergiebedarf 0 400 >400 50 100 150 200 250 300 350 400 >400 Erneuerbare Energieträger werden genutzt für: Heizung Lüftung Kühlung Warmwasser Lüftungskonzept Die Lüftung erfolgt durch: Fensterlüftung Schachtlüftung Lüftungsanlage ohne Wärmerückgewinnung ** Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Issued by * Die modellhaft ermittelten Vergleichswerte beziehen sich auf Gebäude, in denen die Wärme für Heizung und Warmwasser durch Heizkessel im Gebäude bereitgestellt wird. Soll ein Energieverbrauchskennwert verglichen werden, der keinen Warmwasseranteil enthält, ist zu beachten, dass auf die Warmwasserbereitung je nach Gebäudegröße 20 – 40 kWh/m²? a entfallen können. Soll ein Energieverbrauchskennwert eines mit Fern- oder Nahwärme beheizten Gebäudes verglichen werden, ist zu beachten, dass hier normalerweise ein um 15 – 30 % geringerer Energieverbrauch als bei vergleichbaren Gebäuden mit Kesselheizung zu erwarten ist. Ist-Zustand Modernisierung gemäß Nummern: Primärenergiebedarf [kWh/(m²·a] Einsparung gegenüber Ist-Zustand [%] Endenergiebedarf [kWh/(m²·a] Einsparung gegenüber Ist-Zustand [%] CO2-Emissionen [kg/(m²·a] Einsparung gegenüber Ist-Zustand [%] Erläuterungen zum Berechnungsverfahren Erläuterungen zum Verfahren Das verwendete Berechnungsverfahren ist durch die EnEV vorgegeben. Insbesondere wegen standardisierter Randbedin-gungen erlauben die angegebenen Werte keine Rückschlüsse auf den tatsächlichen Energieverbrauch. Die ausgewiesenen Bedarfswerte sind spezifische Werte nach der EnEV pro Quadratmeter Gebäudenutzfläche (AN). Das Verfahren zur Ermittlung von Energieverbrauchskennwerten ist durch die Energieeinsparverordnung vorgegeben. Insbesondere wegen standardisierter Randbedingungen erlauben die angegebenen Werte keine Rückschlüsse auf den tatsächlichen Energieverbrauch. Die Werte sind spezifische Werte pro Quadratmeter Gebäudenutzfläche (AN) nach der EnEV. Aussteller * freiwillige Angabe ** EFH – Einfamilienhäuser, MFH – Mehrfamilienhäuser * EFH – Einfamilienhäuser, MFH – Mehrfamilienhäuser Südstraße 3 Modernisierungsvariante 1 Modernisierungsvariante 2 1, 3, 4, 5, 7, 8 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9 200 150 300 33 50 250 167 125 87 58 33 50 28 33 68 Unterschrift des Ausstellers Dipl.-Ing. Walter Müller und Partner Beratende Ingenieure W. Müller 55555 Musterstadt Reg. № Issued on Signed, Sealed 7 03-07-2009 X kWh/ano “A” Class, deverá corresponder a um menor consumo energético” 8 03-07-2009 Estratégia para Edifícios de Consumo Zero ?Fontes e Formas de Energia soLar BUildinGS ? hiGH Efficiency ? COMFORT ? bIOCLIMATIC ? Low Co2 9 03-07-2009 Edifícios Solares Passivos Prémios 2003 1º Prémio Sombreamento Eficiência Energética em Edifícios Exterior Edifícios Residenciais Arqs. João Santa Rita e Filipa Mourão Interior 10 03-07-2009 Prémios DGE 2003 1º Prémio Eficiência Energética em Edifícios Edifícios de Serviços • Escola do Alto da Faia - Lisboa Arqs. Jorge Conceição e Rui Órfão Quais as necessidades energéticas deste edifícios? X kWh/ano 11 03-07-2009 200 1.0 Regulation heating demands Project heating demands Thermal performance index 0.8 3-10 kWh/m2 10- 40 kWh/m2 60- 80 kWh/m2 120 0.6 80 0.4 40 0.2 0 Thermal performance index (kWh per unit floor area) Heating energy demands 160 0.0 I1 Inverno I2 I3 Climatic Zone © Helder Gonçalves 12 03-07-2009 Passiv haus Institut • For European passive construction, prerequisite to this capability is an annual heating requirement that is less than 15 kWh/(m²a • Furthermore, the combined primary energy consumption of living area of a European passive house may not exceed 120 kWh/(m²a) for heat, hot water and household electricity 13 03-07-2009 basic features of a passiv haus • High insulation ; U<0.15 W/(m²K) • Windows (glazing and frames, combined) should have U-factors not exceeding 0.80 W/(m²K) • Highly efficient heat recovery from exhaust air using an air-to-air heat exchanger • Air leakage through unsealed joints must be less than 0.6 times the house volume per hour • Energy-saving household appliances Passivhaus Portugal – Energy Performance • • The annual heating energy demand of the Passivhaus proposed for Portugal has been estimated as 16.9 kWh/m2.year, of which 11 kWh/m2.year are supplied by the solar system (in this analysis priority of the solar system is given to heating and the solar fraction for domestic hot water is 48%) The annual cooling energy demand is 3.7 kWh/m2.year The sum of net heating and cooling demand is 9.6 kWh/m2.year Predicted annual heating demand (red) and cooling demand (blue) for Standard House and Passivhaus in Lisbon 80 73.5 70 60 kWh/m 2 • 50 40 32.0 30 20 10 5.9 3.7 0 Standard House (DL 80/2006) Portugal Passivhaus 14 03-07-2009 Integração de PV em Edifícios Solar Settlement Freiburg, Germany Architecture and Concept: Rolf Disch 11,000 m² area with 59 terrace houses, 3,150 m² roof integrated PV, district heating network 15 03-07-2009 Solaire – Battery Park City, NY: 33 kWp USGBC LEED – Gold Architect: Cesar Pelli Cortesy 16 03-07-2009 ex. Canada 17 03-07-2009 IEA SHCP Task 40 / ECBCS Annex 52 Towards Net Zero Energy Buildings Prof. Karsten Voss University Wuppertal, School of Architecture, Building Physics and Technical Services, Germany Net Zero Energy Consumo Energético net zero energy Produção Energética • Electricidade • Aquecimento • Arrefecimento • Iluminação • AQS • Equipamentos (PV, Eólica) • Térmica (Solar, Geotermia) y Kwh x Kwh X=Y 18 03-07-2009 Energy Supply credits exceed energy demand (“plus energy“) energy demand exceeds credits Energy Demand Plus Energy Settlement” Energy balance of 21 terrace houses in the Freiburg Solar Settlement (56 homes in total) on the basis of monitoring results. The monitoring proofs the design as „plus energy homes”. All sectors of energy use are included. Solar Settlement, Freiburg Architecture and concept: Rolf Disch 200 total source energy credits in kWh/m2a “plus energy” 150 100 50 basis: source energy, non renewable (0.9, 2.7) 0 0 50 100 150 200 total source energy consuption in kWh/m2a note: 100 kWh/m²y = 32 kBTU/ft” y 19 03-07-2009 20 03-07-2009 www.iea-shc.org/task 40 http://www.gerberarchitekten.de/frameset.htm Burj Al-Taqu Energy Tower “Net Zero Energy” http://www.fosterandpartners.com/News/291/Default.aspx Masdar, Abu Dhabi “Zero Carbon Community” Projects for the future 21 03-07-2009 Edifício Solar XXI Arq.Pedro Cabrito e Isabel Diniz Eng. Helder Gonçalves Edifício Solar XXI LNEG, Lisboa - Portugal Solar Térmico Produção de Energia térmica para aquecimento Sistema Fotovoltaico Produção de energia electrica © Helder Gonçalves 22 03-07-2009 Painéis Solares Projecto edifícios Integração de Renováveis Painéis Fotovoltaicos 1. Painéis Solares: aquecimento de águas ou aquecimento ambiente 2. Sistemas Fotovoltaicos: produção de electricidade para o edifício Fotovoltaico no Parque de estacionamento © Helder Gonçalves 23 03-07-2009 Inverno Verão 24 03-07-2009 Verão Não tem ar condicionado Passive Cooling Systems Arrefecimento pelo solo 80 % do consumo eléctrico produzido no Fotovoltaico Produção de energia electrica 2007; 20 MWh 8 TON de CO2 evitado © Helder Gonçalves 25 03-07-2009 IEA SHCP Task 40 / ECBCS Annex 52 Towards Net Zero Energy Buildings Prof. Karsten Voss É POSSíVEL University Wuppertal, School of Architecture, Building Physics and Technical Services, Germany 26 03-07-2009 obrigada 27