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/(m²a)
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