Search

Dette er den andre årsrapporten fra Flexbuild-prosjektet og oppsummerer hovedfunnene fra forskningsarbeidet som ble gjort i prosjektets andre år. Potensial for småskala fjernvarme og storskala fjernvarme (kapittel 2) For det andre året i Flexbuild-prosjektet er modelleringen av den norske bygningsmassen delt inn i fem ulike regionale spotprisområder, NO1 til NO5. Videre har vi identifisert dagens og framtidig potensial for bygninger som betjenes av fjernvarme. For å konkludere måtte vi undersøke det geografiske potensialet for fjernvarmeforsyning, som oppsummert i figur 1. 1. På tilbudssiden: Ikke alle områder kan betjenes med fjernvarme i framtiden. Hvert markedsområde for strøm i Norge måtte dermed deles inn i tre delområder: • Delområdet med storskala fjernvarme er basert på Statistisk sentralbyrås definisjon av "byer". Dagens fjernvarmeanlegg som genererer > 100 GWh/år, er definert som storskala. • Delområdet med småskala fjernvarme er basert på Statistisk sentralbyrås definisjon av "tettbygde strøk". Dagens fjernvarmeanlegg som produserer < 100 GWh/år, er definert som småskala. • Delområdet med ingen termiske nettverk er basert på Statistisk sentralbyrås definisjon av "spredtbygde strøk", og for disse områdene antar vi at varmetetthet er for lav til å rettferdiggjøre utviklingen av fjernvarmenett. 2. På etterspørselssiden: Ikke alle bygg har eller kan ha et vannbåret varmesystem. Dette førte til følgende modelleringsantakelser og valg: • Andelen eksisterende bygninger med vannbåret varme er ca. 40 % for boligblokker og ca. 60 % for næringsbygg, basert på tilgjengelig statistikk om oppvarmingsteknologi og forbruk av fjernvarme. I nybygg antas andelen å bli ca. 90 % for både boligblokker og næringsbygg. • Det totale volumet av tilkobling til fjernvarmenettet til boligbygg er tildelt boligblokker. Dette er gjort for å være konsekvent med statistikken på bruk av energibærere og samtidig forenkle modelleringen. Det er et lite volum fjernvarme som blir levert til eneboliger. Samtidig er dette ikke en attraktiv kategori for utvidelse av fjernvarmenettet. 102020534

A geo-referenced building stock model was used to analyse the energy and climate performance of the Knowledge Axis in Trondheim, Norway, by 2050. Strategies for energy upgrades, construction of more energy-efficient new constructions, changes in heating technologies, and their implications in terms of energy savings and greenhouse gas (GHG) emissions associated with energy and materials are assessed through various scenarios. Thematic maps were used to display the development of the total floor area and energy use. Compared to the baseline scenario for the same year, the energy savings range from 2 to 9%, 2–14%, and 2–19% in 2030, 2040, and 2050, respectively. New passive house constructions combined with energy upgrades in renovation projects and the maximum use of heat pumps have the greatest energy-saving potential. Our results displayed a large variation in the total net GHG emissions as a result of the alternative emission factors. The total net GHG emissions are primarily affected by the energy savings (amplified by assuming fossil fuel as the marginal mix), electricity mix (Norwegian or European), and allocation chosen for the incinerated waste to feed the district heating system.

Energibruk i næringsbygg unntatt industribygg utgjør 14 % (31 TWh i 2019) av total energibruk i Fastlands-Norge, og redusert energibruk i bygningsmassen er viktig i utviklingen av framtidens energisystem og for å frigjøre elektrisitet til bruk i andre sektorer. Energien benyttes i all hovedsak til drift av tekniske systemer i bygningsmassen som ventilasjon, oppvarming, kjøling, belysning og drift av annet elektrisk utstyr. I 2011 gjennomførte Enova en potensial- og barrierestudie for energieffektivisering i norske yrkesbygg i 2020 – "POB2011" – der de fant et stort potensial for energieffektivisering, men også at en rekke tiltak ikke blir realisert til tross for at de er tilgjengelige og lønnsomme.

Forord. Forskning og innovasjon er grunnpilaren i vår visjon om å utvikle bærekraftige områder med null klimagassutslipp. Innovasjonskomiteen skal bistå senterledelsen i dette arbeidet gjennom å etablere gode innovasjonsprosesser i grensesnittet mellom FME ZEN og de offentlige og industrielle partnerne i forskningssenteret. I 2018 ble det utarbeidet og vedtatt en innovasjonsstrategi, der et rammeverk for identifisering, klassifisering og oppfølging av innovasjoner er implementert. Du sitter nå med den første utgaven av FME ZENs innovasjonsrapport som skal gi en lettfattelig oversikt over alle innovasjonene som så langt er registrert. Rapporten beskriver 32 innovasjoner på ulikt TRL-nivå (Technology Readiness Level), og starter med de som er kommet lengst i utviklingen.

Det sies ofte at det er et stort potensial for energisparing og reduksjon i klimagassutslipp fra energibruk i bygningsmassen. Som innspill til sin oppdaterte klimastrategi ønsker Oslo kommune en forskningsbasert vurdering av potensialet for energisparing og reduksjon av klimagassutslipp fra energibruk i bygningsmassen framover mot 2040. Bygg som allerede finnes i dag, vil utgjøre en stor andel av bygningsmassen i mange tiår fremover. Det er mulig å redusere energibruken i eksisterende bygg gjennom rehabilitering og energioppgradering. Nybygg bygget i fremtiden vil være langt mer energieffektive enn gjennomsnittlig eksisterende bygningsmasse. Men om disse bygges etter dagens krav, som passivhus eller nullutslippsbygg, har betydning for det samlede framtidige energibehovet. Hvilket omfang kan vi vente oss av framtidig nybygging og rehabilitering, og hva er det samlede potensialet for energisparing og reduksjon i klimagassutslipp fra energibruk i bygningsmassen i Oslo? Ved bruk av en modell som simulerer bygningsmassens utvikling – gulvareal i ulike bygningstyper, andeler bygget etter eller rehabilitert til ulike tekniske standarder – prøver vi å forstå hvordan Oslos bygningsmasse vil utvikles mot 2040. Trender i bruk av ulike energibærere og omfang av lokal energiproduksjon brukes videre for å estimere det samlede behovet for levert energi til bygningsmassen. Ved bruk av utslippsintensiteter estimerer vi til slutt de totale klimagassutslippene fra energibruk i bygningsmassen i Oslo. To alternative scenarioer studeres for å vurdere hvilken utvikling som kan forventes; et referansescenario der vi antar en fortsettelse av trender og videre utvikling med gradvis forbedret energitilstand på nybygg og rehabiliterte bygg, og et scenario som ser på hvilke tilleggsbesparelser i energibruk og klimagassutslipp som vil følge av en mer ambisiøs innfasing av nullutslippsbygg, mer energieffektive rehabiliterte bygg og større omfang av lokal energiproduksjon. Estimerte utslipp av klimagasser fra energibruk avhenger i stor grad av hvilke utslippsintensiteter man velger å bruke for elektrisitet. I denne analysen presenterer vi tre alternative beregningsmetoder der vi antar a) norsk forbruksmiks, b) europeisk forbruksmiks og c) en marginalbetraktning der reduksjoner i norsk forbruk på lang sikt fører til at fossil elektrisitetsproduksjon i Europa reduseres. Resultatene viser at selv om det samlede gulvarealet i bygningsmassen i Oslo er ventet å øke med 35 % i perioden 2009-2040, så er levert energi til bygningsmassen i referansescenarioet stabilt i perioden 2020-2040 på grunn av energieffektivisering gjennom nybygging og rehabilitering. Valg av utslippsintensitet har stor betydning for utslippenes størrelse og utvikling sammenliknet med referanseåret 2009. Resultatene viser imidlertid at det uavhengig av beregningsmetode er et stort potensial for energieffektivisering og utslippsreduksjoner. I det ambisiøse scenarioet er både total levert energi og klimagassutslipp fra energibruk i 2040 omtrent 20 % lavere enn i referansescenarioet.

How should sustainable neighbourhoods be designed to reduce greenhouse gas emissions towards zero? What kind of information does decision makers need to make solid future plans on the neighbourhood level? A detailed understanding of a building stock’s characteristics and development over time is an underlying premise for reliable long-term building stock energy analyses. On the neighbourhood level, the building stock can be studied in large detail. Interactions between buildings and the local energy system can be analysed considering energy need, supply, local generation and local storage. Hourly resolution is needed to estimate peak heat and electricity loads in the neighbourhood. Further, greenhouse-gas (GHG) emissions resulting from the energy use in the buildings in the neighbourhood can be estimated by use of carbon intensities for the various energy carriers used in the neighbourhood. This report is deliverable D1.2.2 and a part of FME ZEN Work Package 1 Analytic framework for design and planning of zero emission neighbourhoods (ZEN). The goal for WP 1 is to develop definitions, targets and benchmarking for ZEN, based on customized indicators and quantitative and qualitative data. Additionally, life cycle assessment methodology for energy and emissions at neighbourhood scale will be developed, as well as a citizen-centred architectural and urban toolbox for design and planning of ZEN. A dynamic building stock model has been developed for energy- and GHG-emission scenario analyses of neighbourhoods. The model is generic and flexible and can be used to model any neighbourhood where building stock data is available. It makes use of a description of the current stock, as well as plans for construction, demolition and renovation activities in the neighbourhood. If plans are not available, the model may simulate stock activities by use of probability distributions. The neighbourhood building stock is segmented by use of archetypes defined by the buildings’ age, renovation state and floor area classes. Examples are grouping the two floor area types single family houses (SFH) and terraced houses (TH) together into a detached dwellings floor area class or grouping primary schools and secondary schools into a floor area class called “school buildings”. Hourly energy demand is estimated using delivered energy intensity profiles given for different archetypes of buildings or empirical data. Any number of different energy carriers and purposes can be defined and monthly or yearly carbon emission intensities can be given for each individual carrier. This serves as a basis to estimate hourly, monthly or yearly delivered energy and GHG emissions for a given neighbourhood under study. Two cases are analysed in this report: i) a hypothetical case of an imaginary neighbourhood consisting of apartment block (AB) and SFH dwellings, and ii) the Gløshaugen campus of the Norwegian University of Science and Technology (NTNU). Gløshaugen campus is a neighbourhood that has a high complexity of floor area types and usage. The purpose of the two very different case studies is not to provide reliable case studies at present, but to demonstrate how the model is capable of long-term analyses of both homogenous and complex neighbourhoods in order to offer detailed understanding of possible future hourly energy use and GHG emissions.

Denne rapporten presenterer metodikk og foreløpige resultater i forbindelse med estimering av den fremtidige utviklingen i energiforbruk og CO2-utslipp fra den norske boligmassen. Dette er et forskningsarbeid som er utført innen rammene av prosjektet EPISCOPE (Energy Performance Indicator Tracking Schemes for the Continous Optimisation of Refurbishment Processes in European Housing Stocks), finansiert med støtte fra EU-programmet Intelligent Energy Europe, under kontrakt IEE/12/695/SI2.644739 med Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt, som prosjektkoordinator. Prosjektleder i Norge er Professor Helge Brattebø, NTNU, med SINTEF Byggforsk som underleverandør under lokal ledelse av seniorforsker Igor Sartori. EPISCOPE-prosjektet (www.episcope.eu) har til formål å bidra til en mer transparent og effektiv prosess for energieffektivisering og rehabilitering av den europeiske boligmassen. Prosjektet utvikler blant annet nasjonale typologier for boligbygg for 16 land, gjennom bruk av et felles klassifiseringsprinsipp, en felles metodikk og modell for beregning av bygningers energibalanse, samt 2-siders datasett med angivelse av forutsetninger og resultater for utvalgte eksempelbygninger i det enkelte land. Metodikken og modellen er en forbedring av det som ble benyttet for energibalanse for bygningstypologier i IEE-prosjektet TABULA. Gjennom EPISCOPE-prosjektet er denne modellen utvidet til også å omfatte eksempler på nye bygninger og Nearly Zero Energy Buildings (NZEB) i de enkelte land, og 6 nye land er inkludert i prosjektet, inklusive Norge. Denne rapporten gir en kort oversikt over sammensetningen av den norske boligmassen, med basis i siste tilgjengelige statistikk fra Statistisk sentralbyrå og klassifisert i henhold til bygningstypologiene som er utviklet for norske boligbygg i EPISCOPE-prosjektet. Dernest gis en oversikt over energibruken for eksempelbygg innen denne typologien, med effektene av tre varianter energirehabilitering av eksisterende bygninger og tre varianter energistandard for fremtidige bygninger. Rapporten avsluttes med skissering av metodikk for og foreløpige resultater fra scenarioanalyse av fremtidig energibruk og CO2-utslipp utført gjennom et antall masteroppgaver ved NTNU. Ytterligere resultater fra scenarioanalyserforventes rapportert videre i løpet av det resterende arbeidet i EPISCOPE-prosjektet.

The aim and goal of this thesis is to analyze and investigate the maximum potential of load shifting and delivered energy in the total Norwegian residential building stock quantified to different segments, building age classes and refurbishment states including usage of thermal energy storage in a demand response measure in the context of electrical space heating in Norwegian residential buildings quantified to the same segments in the stock in the period 1960-2100. The thesis will also analyze and investigate how and why a Norwegian wide-based demand response scheduling program may be integrated into the Norwegian power market in the future. Norway which is situated in a cold-temperate climate, use a significant share of electricity as the source for space heating. The thesis uses a building stock model developed by Nina Holck Sandberg at NTNU. Data gathered from a building stock energy model also developed by Sandberg is used to analyze and investigate the potential of electrical space heating and thermal mass. Segmentation of a building stock model into segments and cohorts gives detail insight into changing stock composition. The thesis uses a social science approach, therefore use of engineering modeling are excluded from the thesis. The estimated “real” delivered electricity as space heating in the total Norwegian residential building stock is found to be 17.9 TWh in 2019 and 11.4 TWh in 2050, while the maximum estimated load shifting potential is found to be 3.7 GW in 2019 and 2.3 GW in 2050. Effective thermal capacity is calculated in a bottom-up accounting model with a theoretical assumptive-intuitive rule-ofthumb approach quantifying interior partitions with a variation of different materials, which possess dissimilar thermal attributes including adjacent ratios of window to wall, internal wall and wall to floor. The total available effective heat capacity in the total Norwegian residential building stock is found be 11.9 GWh/K in 2020 and 16.1 GWh/K in 2050. Formålet med denne studien er å analysere og undersøke maksimalt potensial av flytt av last i tid og levert energi i den totale norske bolig-bygningsmassen delt inn i ulike segmenter, konstruksjons-årsklasser og renoveringstilstander, inkludert bruk av termisk energilagring i et forbrukerfleksibilitetstiltak i konteksten av elektrisk romoppvarming i norske boliger delt inn i de samme segmentene i bygningsmassen i perioden 1960-2100. Avhandlingen vil også analysere og undersøke hvordan og hvorfor et storstilt norsk forbrukerfleksibilitetsprogram kan bli integrert i det norske kraftmarkedet i fremtiden. Norge som er lokalisert i et kaldt temperert klima, bruker en betydelig andel elektrisitet som kilde til romoppvarming. Avhandlingen bruker en bolig-bygningsmassemodell utviklet av Nina Holck Sandberg ved NTNU. Data som er samlet inn fra en bolig-bygningsmasse energimodell, også utviklet av Sandberg, brukes til å analysere og undersøke potensialet for elektrisk romoppvarming og termisk masse. Segmentering av en bygningsmassemodell i segmenter og kohorter gir detaljert innsikt i endring av bestandssammensetningen. Avhandlingen bruker en samfunnsvitenskapelig tilnærming, så bruk av ingeniørmodellering er utelukket fra avhandlingen. Den anslåtte «virkelige» leverte elektrisiteten som romoppvarming i den totale norske boligbygningsmassen er funnet å være 17,9 TWh i 2019 og 11,4 TWh i 2050, mens maksimal potensial av flytt av last i tid er funnet å være 3,7 GW i 2019 og 2,3 GW i 2050. Effektiv termisk kapasitet beregnes i en «bottom-up» modell med en teoretisk intuitiv «rule-of-thumb» metode som kvantifiserer innvendige bygningsdeler med en variasjon av forskjellige attributter, inkludert forhold mellom vindu og vegg, indre vegg og vegg til gulv lagt til grunn. Den totale tilgjengelige effektive varmekapasiteten i den totale norske bolig-bygningsmassen er funnet å være 11,9 GWh/K i 2020 og 16,1 GWh/K i 2050. M-FORNY