I framtidens bygninger vil energiløsninger handle mye om varmtvann og kjøling. Bransjen må fornye seg etter dagens behov og være åpen for nye muligheter.
Måten vi bygger og bruker bygninger på er i stadig endring. Økt fokus på klimautfordringene har ført til at vi i dag bygger med stadig bedre energistandarder.
Eksempel på dette er de nye kravene i TEK10 som har trådt i kraft fra 1. januar 2016 (med ett års overgangsperiode) eller passivhus standard NS3701 for næringsbygg og NS3700 for boliger. Dette medfører at nye bygninger får vesentlig lavere oppvarmingsbehov.
Mer kjøling enn oppvarming
Dermed blir varmtvannsforbruket det dominerende varmebehovet i mange av framtidens bygninger.
Samtidig går mye av utviklingen i retning av å øke arealeffektiviteten i næringsbygg noe som gir stadig økte arealvektede internlaster. Samtidig er det viktig at personene som sitter i disse arealene har god tilgang til dagslys.
Dette fører til at man ofte må velge store vindusarealer og egenskaper som igjen skaper mye soltilskudd, altså enda mer varmebelastning.
Samlet sett ser man at utviklingen går mot at framtidens næringsbygg vil kreve mer fokus rundt kjølebehov enn oppvarmingsbehov, mens for boligbygg vil varmtvannsproduksjonen være det store fokusområdet.
Utfordringene i tre punkter
Jeg mener at utfordringer for framtidens bygninger kan beskrives i tre punkter:
- For det første vil oppvarmingsbehovet til bygninger gå vesentlig ned. Dette trenger forenklede varmesystemer som gir best mulig kost/bytte uten at det går på bekostning av komfort og klima. Det er kommet en del løsninger på dette, blant annet oppvarming med tilluft som én av løsningene, men det er fortsatt mye rom for nytenking.
- Det andre punktet er relatert til varmtvannsbehov. Dette behovet er jevnt over året og trenger høytemperaturvarme. Samfunnet har endret seg over tid og i dag har vi til dels vesentlig forskjellig forbruk og bruksmønster enn det var for 50 år siden. I min doktoravhandling innen brukeratferd avdekket jeg blant annet at det mangler fakta rundt varmtvannsforbruket. Mye av dimensjoneringen i forbindelse med varmtvannsproduksjon har hittil vært basert på normerte verdier fra NS3031 eller helgarderte erfaringstall. Jeg mener at en slik praksis betyr sløsing av ressurser og ofte unødvendige investeringer. Jeg undrer meg også til teknisk forskrift ikke stiller noe krav til kvalitet på dette området siden det allerede finnes flere gode produkter i markedet som kan gi stor besparelse på forbruksvannet. Jeg mener at dette er et av områdene som trenger mer fokus i framtiden.
- Et tredje og stadig mer aktuelt emne er kjølebehovet. Økte spesifikke internlaster og soltilskudd kommer til å vri fokuset over fra varmebehov til kjølebehov i næringsbygg.
(U)mulig vindusløsninger – uten utvendige solavskjerming
Gamle bygg hadde ofte en balanse mellom stort oppvarmingsbehov og en del kjølebehov slik at varmepumpe kunne dekke oppvarmingsbehovet om vinteren og kjøres som kjølemaskin om sommeren.
Å finne den balansen i nye bygg og forsvare kostnad/nytten kommer til å være utfordrende.
En klar oppfordring til alle, er å tenke nytt og ikke automatisk vende seg mot kjente løsninger.
For å komme frem til gode nye løsninger må man tenke systematisk. Første steg er da å redusere/fjerne kjølebehov ved å utnytte bygningsutformingen, ha energieffektiv belysning og utstyr, optimale vindusløsninger og ikke minst bruke bygningens termiske masse. Det har skjedd stor utvikling på alle disse punktene.
Både inneklima og dagslys
For å gi noen få eksempler for vindussystemer kan det blant annet nevnes 180° vendbart vindu eller vinduer med prisme som gir høyere g-verdi (innsluppet solvarme) om vinteren og lavere g-verdi om sommeren.
Disse sørger for at man utnytter solenergi mest om vinteren når det er behov for det og reflekterer det om sommeren slik at det ikke gir et kjølebehov til bygget.
Andre eksempler er vinduer med faseendringsmaterial (PCM) som aktiverer seg ved en viss temperatur slik at de holder romtemperatur på komfortabel nivå, vinduer med suspended particle device (SPD) kan styres fra 0 til 100% slik at man kunne justere soltilskudd (g-verdi) og lys transmisjon (Tvis) gjennom vinduer.
Disse løsningene gir mulighet for å få en optimal styring av g-verdi og lystransmisjon som sørger for at man får godt inneklima, samt tilgang til dagslys.
En annen tilnærming er å bruke bygningens termiske masse slik at innetemperaturen i brukstiden ikke stiger over komfortnivå ved at den termiske massen kjøles ned om natten. Dette er også kjent som nattkjøling eller frikjøling. Men for å anvende dette må man ha tilgang til tilstrekkelig termisk masse som kan absorbere varmetilskudd i brukstid uten å skape mye overopphetning i oppholdsarealer.
Til vanlig bruker man gips eller betong som termisk masse i bygninger, men dette gir ikke tilstrekkelig varmelagringsevne.
Som resultat må man ofte bruke aktiv kjøling. Her glemmes det ofte at det ligger gode muligheter ved å bruke faseendringsmaterialer (PCM) i dag med ferdiglagde veggplater, himlingsplater eller veggklosser(blokk) som kan lett monteres.
En dobbel 15 mm PCM-plate montert på vegg kan levere ekvivalent effekt som en 140 mm betongvegg.
Et skritt videre er å ta i bruk PCM i kombinasjon med ventilasjon slik at tilluft om natten kjøler ned PCM-elementer. På dagtid når utetemperatur stiger så beholder PCM-elementene tilluftstemperaturen på samme nivå og gir dermed besparelser sammenlignet med aktiv kjøling.
Bedre samarbeid mellom arkitekt og rådgiver
Jeg opplever ofte at rådgivere anbefaler for mørke vinduer og/eller utvendig solavskjerming uten å studere ovennevnte muligheter. Det finnes allerede gode og rimelige alternativer til utvendig solavskjerming.
En utfordring har vært å dokumentere påvirkning av disse tiltakene mot myndighetenes krav. Der kan jeg nevnte at vi bruker avanserte simuleringsverktøy som blant annet IDA ICE og Design Builder. Disse kan anvendes til å vurdere slike kompliserte problemstillinger relativt enkelt.
Nylig har jeg vurdert forskjellige vindusløsninger i tilknytning til disse alternativene i ulike sammenhenger hvor jeg har benyttet disse verktøyene og dokumentert andre løsninger framfor utvendig solavskjerming.
Samtidig mener jeg at det er et område hvor arkitekten har mest innflytelse. Jeg mener at det her er behov for et bedre samarbeid mellom arkitekt og rådgivere, helst fra tidligfase.
Kjøling med varme – er fjernvarmebransjen klar for det?
Når det gjelder aktiv kjøling, ser jeg også stor utvikling. Her vil jeg nevne tre potensielle muligheter utover de vanlige løsningene som f.eks. kjølemaskin (med vapour compression cycle ofte nevnt som varmepumpe) eller fri-kjøling fra sjøvann eller energibrønner.
Det første er bruk av adiabatisk kjøling. Metoden er basert på konseptet at temperatur i luft faller når luften absorberer vann. Ved å fukte avtrekksluften blir den kaldere enn uteluft.
Kaldere avtrekksluft benyttes videre til å kjøle ned uteluften i gjenvinneren i luftaggregatet. Dermed tilsetter man ikke vann i tilluft, men kjøler den ved bruk av gjenvinner.
Metoden kalles indirekte adiabatisk kjøling og har blitt benyttet på Høgskolen i Bergen som kan vise til gode resultater. En begrensning ved metoden er at kjøleeffekten faller ved høy fuktighet og at det dermed ikke alltid er en fullgod løsning som spisslast.
Flere grader kaldere enn uteluften
En annen metode er en kombinasjon av ventilasjon og adsorpsjonskjøling. Metoden benytter varme til å kjøle ned tilluft. Prinsippet benytter seg av luftfuktighet i kombinasjon med adsorberende materialer.
Det benyttes et roterende hjul (som gjenvinner ofte kalt dessicant wheel) med adsorberende materialbelegg. På tilluftsiden adsorberer hjulet fukt fra friskluft mens på avtrekk tilsetter man vann slik at avtrekksluften kjøles ned.
Når tilluft gir fra seg fukt øker temperaturen. Tilluften kjøles ned igjen først ved å benytte gjenvinner mellom kaldt avtrekk og tørr tilluft og senere ved å tilsette vann.
Tilluften blir på den måten flere gradere kaldere enn uteluften. Avtrekken må oppvarmes ved å benytte en varmekilde som for eksempel fjernvarme. Den passerer over «dessicant wheel» slik at den tar med seg fukten (som ble adsorbert fra friskluft) og gjør hjulet klar for neste syklus.
Bør åpne seg
Tredje metode er absorpsjonkjølemaskin. Metoden bruker varme som kilde og leverer kjøling på lik linje med kjølemaskin slik bransjen er vant til.
Metoden benytter seg av en prosess hvor en blanding av vann og LiBr-salt sirkulerer. Vann er brukt som kuldemedium mens salt benyttes som absorpsjonsmedium. Prosessen benytter kun elektrisitet for pumpe for sirkulasjon og er veldig lite.
Metoden krever imidlertid en varmekilde med høy temperatur og ytelsen er direkte avhengig av kildetemperatur. Markedet i dag har allerede flere produkter tilgjengelig som kan benytte seg av varmen på ca. 80°C og tilbyr gode synergier med fjernvarme som også har tilsvarende temperaturer tilgjengelig om sommeren.
Produkter kan finnes med kapasitet fra 40 kW og oppover og det finnes leverandører i nordiske markedet.
Jeg anser de to siste metodene som mest aktuelle i aktiv kjølingsfront. Disse metodene åpner store muligheter for fjernvarme samt alternativer til elektrisk kjøling. I tillegg vil metodene avlaste el-nettet, gi mindre behov for elektrisitet og vil benytte seg av overskuddsvarmen fra avfallsbrenning.
Samtidig ser jeg at lønnsomhet av begge de to sistnevnte metoder er sterk avhengig av varmekilde, altså fjernvarmens tariffer.
Jeg ser at dagens fjernvarmetariffer ikke egner seg til kjøling og anbefaler fjernvarmebransjen å åpne seg mot nye markeder.
Les også: Energiforbruket i lavenergihus er ofte like stort som i andre hus
