5 Bilag 1 Overordnet energidesign
5.1 Prioriteret beslutningsrækkefølge
Baggrunden for den overordnede målsætning om at byggeri omfattet af vejledningen skal være mindst 25 % mere energieffektivt end tilsvarende byggeri er, dels ønsket om at optimere forholdet imellem anlægs- og driftsomkostninger igennem en totaløkonomisk vurdering, dels at reducere bygningens generelle energiforbrug samt den tilknyttede udledningen af drivhusgasser (CO2) og anden forurening.
Målsætningen er således drevet af en række ønsker, som både vedrører økonomi og miljøforhold.
I praksis skal målsætningen opnås ved, at gennemføre rentabilitetsberegninger af forskellige energitiltag så det derved bliver muligt at gennemføre de mest rentable tiltag i en prioriteret rækkefølge som beskrevet i kapitel 2.
Procesmæssigt kan optimeringen af bygningens energiforbrug gennemføres i henhold til følgende trinvise beslutningsrækkefølge:
Minimer bygningens energibehov ved at benytte energibesparende teknikker.
Benyt i videst muligt omfang vedvarende energi til at dække bygningens energibehov.
Forsyn bygningen med effektivt produceret energi fra fossile brændstoffer.
Tankegangen er således først og fremmest at minimere bygningens afhængighed at energi generelt. Herefter minimeres bygningens afhængighed af ekstern energitilførsel (som primært stammer fra fossile brændstoffer) ved at inkludere vedvarende energiproduktion på/i bygningen. Endeligt mini-meres behovet for fossile brændstoffer ved at benytte energieffektiv ”traditionel” energiforsyning som er baseret på en effektiv konvertering af de fossile brændstoffer.
5.2 Minimer bygningens energibehov
Bygningens energibehov minimeres ved at benytte energibesparende design, teknikker og tiltag. I forlængelse af ovennævnte trinvise beslutningsproces kan der opstilles en liste vedrørende trinvise energibesparelser som kan bruges som ledetråd når bygningen skal energioptimeres:
Minimerer bygningens nettobehov for energi ved at optimer bygningskroppens udformning og opbygning samt bygningens disponering.
Brug passive-naturlige teknikker.
Benyt energieffektive mekaniske teknikker/systemer.
Eksempelvis gælder det for rumvarme først om, at minimerer bygningens nettovarmebehov ved at projektere en tilpas kompakt bygning med en velisoleret lufttæt klimaskærm uden kuldebroer. Bidraget fra passiv solvarme maksimeres herefter igennem et passende valg af vinduesruder og vinduesareal samt fordeling af dette i bygningens forskellige facader. Endeligt vælges et energieffektivt varmeanlæg som kan fordele og distribuere det resterende varmebehov i bygningen. Sidstnævnte omfatter en række forhold fra god teknisk isolering for at minimere varmetab til effektiv regulering af varmeanlægget.
Eksempler på energitiltag ordnet efter denne systematik kan findes i tabel 1 nedenfor.
| 1. Minimer nettobehov | 2. Vælg naturlige teknikker | 3. Vælg energieffektive mekaniske systemer | |
|---|---|---|---|
| Rumvarme | Kompakthed af bygning, isolering og tætning af klimaskærm inkl. minimering af kuldebroer, | Passiv solvarme, | Isolering af varmerør, energipumper, behovsstyring (udetemperatur kompensering mm), |
| Varmt brugsvand | Vandbesparende armaturer, | Isolering af varmerør og varmtvandsbeholdere, energipumper, behovsstyring (luk system ned om natten) | |
| Køling | Passiv køling (se nedenfor) | Frikøling med grund/hav-/ eller søvand. jordkøling, naturlig ventilation, evaporativ køling, | Højtemperatur køling via eksempelvis kølelofter eller termoaktive konstruktioner, Kølemaskiner med høj COP, |
| Ventilation | Punktudsugning af forureninger, lav persontæthed, høje rum, byggematerialer og inventar med lav forgasning, | Naturlig/hybrid ventilation, | Lavt tryktab i kanalsystem og aggregat, lavenergiventilatorer, behovsstyring, |
| Belysning | Samling af funktioner med samme lysbehov i fælles rum eller områder, | Optimering af dagslysforhold (se nedenfor), | Brug lavenergi armaturer, optimer styring og regulering (styring efter dagslys, tilstedeværelse, timer mm.), |
| Andet udstyr | Disponer bygningen så mængden af udstyr minimeres (f.eks. ved at kantinefunktioner, elevatorer eller drikkeautomater placeres så de dækker store områder i bygningen), | Ikke relevant. | Valg af energieffektivt udstyr som automatisk går på stand-by eller slukkes når der ikke er brug for udstyret, |
Passiv køling omfatter en række forskellige teknikker hvoraf de vigtigste i dansk klima er:
Bygningsform og -disponering. Disponering af bygningen og bygningens rum, så f.eks. rum med stor intern varmelast placeres mod nord.
Solkontrol. Afpasning af glasarealer efter rumfunktioner og orientering samt valg af glastype og type af solafskærmning (fast/bevægelig, udvendig/indvendig/imellem glas).
Termisk isolering og tæthed. Isolering af og tætning af konstruktioner for at minimerer tab af kulde til omgivelserne eller til naborum. Da dette er standard i Danmark grundet minimering af varmetab er det især vigtigt at ”kuldeisolere” ifm. serverrum eller lignende specielle rum som nedkøles til lave rumtemperaturer.
Kontrol af intern varmelast. Valg af udstyr med lav varmeafgivelse, så kølebehovet minimeres. Dette har ligeledes den positive effekt, at energiforbruget til det givne udstyr f.eks. kopimaskiner, pc’ere, drikkeautomater, elevatorer o.lign. minimeres.
Termisk masse. Eksponering af bygningens termiske masse i f.eks. lofter og vægge, så varme kan optages i konstruktionerne om dagen når det er varmest og senere afgives når det er køligst om natten. Bør kombineres med en teknik som kan fjerne varmen om natten f.eks. naturlig natventilation.
Optimering af dagslysforhold omfatter en række forhold hvoraf de vigtigste er:
Disponer bygningen således at rum som har jævnlig behov for lys placeres ud til facaden af bygningen. Omvendt kan rum som sjældent har behov for lys placeres væk fra facaden (arkiv- og lagerrum).
Undlad at designe bygninger med dybe rum som det er svært at belyse med dagslys. Hvis dette ikke kan undgås bør der etableres ovenlys, atrier eller lysskakter til at lede dagslyset ind i bygningen.
Afpas formen på vinduer efter dybden af det bagvedliggende rum. Dybe rum fordre eksempelvis højt placerede vinduer så dagslyset kan trænge dybt ind i rummet.
Afpas glasarealet efter orienteringen og aktiviteten i rummet. Der er ingen grund til at projektere store glasarealer hvis disse alligevel er afskærmet det meste af året for at undgå blænding og overtemperaturer.
Vælg rudertyper med høj lystransmittans.
Bemærk i forhold til valg af energieffektive mekaniske systemer, at energiforbruget til et givent system opstår som følge af to parametre – den installerede effekt og brugstiden for systemet. For eksempel er det muligt, at reducere energiforbruget til et belysningssystem ved at reducere den installerede lyseffekt ved at benytte energieffektive armaturer. Samme effekt kan dog også opnås ved at implementere en effektiv regulering af kunstlyset så brugstiden reduceres. Som konsekvens opnås det laveste energiforbrug ved at kombinere de to tiltag.
Det er således vigtigt, at være opmærksom på, at energieffektive systemer opnås ved at adressere begge forhold i et system. Dette gælder for alle de nævnte mekaniske systemer i tabel 1 samt i tilgift for visse af naturlige systemer (f.eks. for frikøling). Det skal dog bemærkes at det ikke nødvendigvis er kosteffektivt at gennemføre begge type tiltag.
5.3 Benyt vedvarende energi
Brugen af vedvarende energi minimere bygningens afhængighed af konventionel energiforsyning som primært er baseret på fossile brændstoffer. Bygningens miljøbelastning reduceres således samtidig med at driftsomkostningerne til energi reduceres.
Der findes en række former for vedvarende energi som kan komme i betragtning i forbindelse med større bygninger som universitetsbyggeri. Under danske forhold erstatter eller reducere disse enten konventionel energiforsyning med elektricitet fra nettet eller varme fra fjernvarme/naturgas/olie.
Bemærk, at flere af nedenstående vedvarende energiteknologier til en vis grad også kunne være nævnt under Naturlige Teknikker i tabel 1 ovenfor, idet der reelt er en flydende grænse imellem disse.
For alle nævnte teknologier gælder, at den økonomiske og miljømæssige rentabilitet skal vurderes i forhold til det konkrete projekt herunder i forhold til hvilke forsyningsforhold der er på stedet.
5.3.1 Varme
Varmepumpe: Varmepumper er reelt ikke en vedvarende energikilde, da pumpen skal tilsluttes en konventionel energiforsyning for at kunne producere varme. Typisk er varmepumpen eldrevet, men der findes ligeledes gasdrevne varmepumper, som f.eks. kan tilsluttes naturgasnettet. Varmepumper betragtes alligevel ofte som en vedvarende energiforsyning, da pumpen med udgangspunkt i naturlige energireservoirer producere mere energi end den forbruger. Typiske reservoirer er udeluften, jorden (jordvarme), sø- hav- og grundvand og ventilationsluft. Mediet som varmepumpen aflevere sin energi til er enten direkte til rumluften eller til det vandbårne varmesystem i bygningen. Varmepumper navngives på denne måde efter hvilket reservoir varmen tages fra og afleveres til. F.eks. kaldes en varmepumpe som tager energi fra jord/sø/hav/grundvand og aflevere det til bygningen via luften for en vand-luft varmepumpe. Varmepumper kan være et rentabelt alternativ/supplement til den konventionelle varmeforsyning. Det afhænger dog af den konkrete situation herunder:
Hvilken konventionel varmeforsyning er til rådighed på stedet? Eksempelvis vil det oftest ikke være økonomisk såvel som miljømæssigt rentabelt, at benytte varmepumper i områder med fjernvarme.
Hvilken type energireservoir er til rådighed på stedet? Jo højere temperatur reservoiret har, des bedre energiøkonomisk drift. Jorden er således alt andet lige bedre end udeluften, da førstnævnte ligger på ca. 8°C året rundt, imens udetemperaturen det meste af vinteren er væsentlig lavere. Til gengæld er det dyrere anlægsmæssigt at etablere jordvarme.
Hvor stort er varmebehovet til rumvarme og varmt brugsvand fordelt over året? Jo mere jævnt fordelt behovet er, jo bedre. Det er således tvivlsomt om det vil være rentabelt at benytte en varmepumpe i en velisoleret bygning som har et lille varmtvandsbehov.
Aktiv solvarme: Der findes flere former for aktiv solvarme som enten vedrører direkte opvarmning af luft til luftopvarmning eller af vand til rumopvarmning og/eller til varmt brugsvand. I det mest gængse og normalt mest rentable system dækker solvarmen en større del af det årlige varmtvandsbehov. Dette sker via solvarmepaneler placeret i taget eller facaden. Den højeste rentabi litet opnås desuden hvis der er et relativt jævnt fordelt behov for varmt brugsvand over året. Dette forhold bør derfor undersøges grundigt i det konkrete tilfælde, idet der kan være lange perioder om sommeren hvor behovet for varmt brugsvand er meget lavt i universitetsbyggeri.
Geotermisk energi: Geotermisk energi drejer sig helt grundlæggende om, at hente varme op fra undergrunden via en boring som typisk er 1-3 km dyb. Varmen hentes op til bygningen via en varmeveksler som overfører energi fra vandet i boringen til bygningens varmesystem. Anlægsmæssigt er det dyrt at etablere geotermisk varmeforsyning, så løsningen vil kun være rentabel i store bygninger eller bygningskomplekser med et stort varmeforbrug som gerne skal være (nogenlunde) fordelt over hele året. Dvs. at der gerne skal være et stort varmtvandsbehov året rundt eksempelvis til køkkenfaciliteter, sportsfaciliteter og laboratorier.
Biomassekedel: Energi (typisk varme) produceret på en biomasse er en relativ simpel teknologi som baserer sig på mere eller mindre konventionel kedelteknologi. Fordelen ved systemet er, at energien produceret med et sådant anlæg er CO2 neutral og dermed i princippet mere miljøvenlig en konventionel produceret energi baseret på fossile brændstoffer. Ulempen er, at anlægsomkostningerne og vedligeholdelsesudgifterne er højere end for konventionelle kedelanlæg. Generelt gælder, at jo billigere type brændsel der benyttes, jo højere er anlægsinvesteringen og vedligeholdelsesudgiften. Et træpillefyr er et eksempel på et anlæg som er relativt billigt i anlægsomkostninger og vedligehold, men dyrt i brændselspris fordi træpiller kræver en del forarbejdning. Det omvendte er gældende for et anlæg baseret på skovflis. Det skal i øvrigt bemærkes, at anlæg baseret på biomasse kræver en del mere plads end konventionelle anlæg bl.a. til opbevaring af brændslet.
5.3.2 Elektricitet
Solceller:
Solceller er grundlæggende en teknologi hvor solens stråler via et solcellepanel omdannes til elektricitet. Solceller er pt. ikke en økonomisk rentabel teknologi, men alligevel kan der være situationer hvor teknologien bør overvejes:
Solceller har en høj signalværdi overfor brugere og besøgende i en bygning. Et anlæg kan således være med til at underbygge at energi- og miljøforhold har en høj prioritet i byggeriet.
I et bygningsintegreret solcelleanlæg kan meromkostningerne reduceres betragteligt og dermed gøre anlægget rentabelt set over en længere tidsperiode.
Solceller kan sammenbygges med et vandbaseret aktivt solvarmeanlæg (kaldet PVT) og dermed reducere meromkostningerne til begge anlæg betydeligt.
I forhold til placering af solcellepanelerne gælder nogenlunde de samme forhold som med aktiv solvarme. Dvs. at der opnås den højeste ydelse hvis panelerne placeres +/-45° fra syd (imellem sydøst og sydvest) og med en hældning på 30-60°. Bemærk dog, at det for solceller er specielt vigtigt at panelerne aldrig bliver skygget af omgivelserne eller bygningen selv, da dette vil reducere anlæggets ydelse markant.
5.4 Anvend energieffektiv konventionel energiforsyning
For at opnå et lavt brutto energiforbrug (leveret) samt en tilknyttet lav miljøbelastning skal det resterende energibehov som bygningen har komme fra en energiforsyning baseret på en effektiv konvertering af fossile brændstoffer. Sammenlignet med de to øverste trin i beslutningsrækkefølgen (Minimer bygningens energibehov samt Benyt vedvarende energi) er dette sidste trin relativt simpelt, da det vedrører valg af et eller få veldokumenterede systemer, som alle er mere eller mindre er standardvarer på markedet.
For alle nævnte teknologier gælder, at de skal tilpasses det konkrete projekt herunder energibehovet.
Fjernvarme:
Er bygningen placeret i et område med fjernvarme og såfremt der er krav om varmeveksler, skal der vælges en energieffektiv fjernvarmeveksler. Følgende forhold skal især tages i betragtning:
Varmevekslerydelsen skal have en tilstrækkelig stor køleflade til at sikre et minimum temperaturspænd imellem primær og sekundær siden.
Varmeveksleren skal være velisoleret for at minimere varmetab.
Der skal etableres en god styring af vandflowet på primærsiden af veksleren, således at dette kan tilpasses behovet.
Naturgas:
Er bygningen placeret i et område med naturgas skal der vælges eller flere energieffektive naturgaskedler. Følgende forhold skal tages i betragtning:
Der skal benyttes kondenserende kedler, således at fordampningsvarmen i røggasserne også udnyttes.
Der bør benyttes modulerende kedler så ydelsen for den enkelte kedel kan varieres i forhold til behovet.
Der bør benyttes kaskadestyring med flere kedler således at anlæggets samlede ydelse kan tilpasses de varierende behov i løbet af dagen, ugen og året.
Olie:
Er bygningen placeret i et område med uden for kollektiv energiforsyning kan det være en løsning at vælge et energieffektivt oliefyr. Følgende forhold skal tages i betragtning:
Der skal vælges en kedel med høj virkningsgrad.
Der bør benyttes modulerende kedler så ydelsen for den enkelte kedel kan varieres i forhold til behovet.
Der bør benyttes kaskadestyring med flere kedler således at anlæggets samlede ydelse kan tilpasses de varierende behov i løbet af dagen, ugen og året.
Mikro kraft-varme:
Er bygningen placeret i et område med naturgas eller uden for kollektiv energiforsyning kan det være en løsning at vælge et energieffektivt mikro kraft-varme system baseret på enten naturgas (bedst) eller olie. Følgende forhold skal tages i betragtning:
Anlægsomkostningerne til denne løsning er højere end for de øvrige beskrevne løsninger, så det forudsætter, at bygningen eller bygningskomplekset året rundt har et højt energibehov til både varme og elektricitet. Dette skyldes ikke mindst, at det lovgivningsmæssigt kun er tilladt at producere elektricitet når der samtidig produceres varme. Det vil således ikke være økonomisk såvel som miljømæssigt rentabelt at etablere et anlæg hvis både varmeproduktionen (og varmebehovet) og den følgende elproduktion (trods et højt elektricitetsbehov) er marginal en del af året.
Det kan pt. ikke betale sig at sælge energiproduktionen herunder elproduktionen til nettet. Det er derfor en forudsætning, at energiproduktionen fra anlægget kan bruges i byggeriet.