Kapittel 6: Klimanøytrale bygg og nabolag

Fremtidens bygg må være tilpasset fremtidens energisystem, der en stor andel av energien vil komme fra fornybare kilder som sol og vind, og effektbegrensning og lagring blir viktigere. Dette vil kreve flere endringer i hvordan vi prosjekterer, oppfører og drifter bygninger og tilhørende energisystem, med bruk av nye teknologiske løsninger og verktøy.

Bygninger står for 32 prosent av det totale globale energiforbruket og 19 prosent av utslippene av drivhusgasser (IPCC (2014). Climate Change: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report. The Inter - governmental Panel on Climate Change.). 50 prosent av materialene som utvinnes, brukes i byggenæringen (EU (2011). Roadmap to a resource efficient Europe, http://eur-lex. europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:52011 DC0571&from=EN). Klimagassutslipp knyttet til drift av bygninger i Norge er lavere, men energibruken er høy. Globalt kan energibruk og relaterte utslipp dobles eller potensielt tredobles innen midten av århundret på grunn av:

• bedre tilgang til tilstrekkelig bolig og tilhørende anlegg for alle jordens mennesker,
• befolkningsvekst, migrasjon til byer, endringer i husholdningsstørrelsen og økende formue og livsstil.

Forbedring av bygningens energiytelse er avgjørende for å unngå økt energibruk og klimagassutslipp. Samtidig er det et betydelig potensial for energieffektivisering i eksisterende bygningsmasse.

Den norske klimapolitikken er tett knyttet til europeisk politikk. Ambisjonen er å redusere klimagassutslipp, øke andelen fornybar energiproduksjon og sørge for energieffektivisering. Innen 2050 skal klimagassutslippene i Europa reduseres med 80 prosent under 1990-nivået. Utslipp fra bygninger skal kuttes med hele 90 prosent.

Med de siste resultatene fra FNs klimapanel må sannsynligvis ambisjonene forsterkes ytterligere. Passivhus, nullutslippsbygg, plusshus og nullutslippsområder blir en nødvendighet. Figur 6.1 viser en mulig utvikling i den norske bygningsmassen frem mot 2050. Her ser vi at energibruken vil kunne bli 39 TWh mindre i 2050 enn i 2020, selv om bygningsmassen er ventet å vokse i perioden. Av dette bidrar nullutslippsbygg med 31 TWh. Frigjort fornybar kraft kan for eksempel brukes til elektrifisering av transportsektoren der 20 TWh trengs i 2050 for elektrifisering av alle kjøretøy innen veitransport, all banetransport og alle båter og skip (NVE (2018). Hvordan vil en omfattende elektrifisering av transportsektoren påvirke kraftsystemet? https://www.nve.no/Media/4117/nve-notat-om-transport-ogkraft - systemet.pdf).

Figur 6.1 Levert energi for tre scenarioer fordelt på energibruk i henholdsvis nybygg bygd etter 2020 og eksisterende bygg som er bygd før 2020 (Sandberg, Næss, Brattebø, Andresen & Gustavsen (2019). Estimating the aggregated energy savings from large-scale introduction of zero emission buildings in the Norwegian building stock. Artikkelen forventes publisert medio 2019).

All utbygging og rehabilitering fremover bør resultere i mer energieffektive bygg, og etter hvert nullutslippsbygg og nullutslippsområder. Byggene må ha godt isolerte yttervegger, tak og golv, ekstra godt isolerte vinduer, utnytte dagslys og passiv solenergi, ha god lufttetthet og ha energieffektivt ventilasjonssystem som gir godt inneklima. Materialer og løsninger må ha lavt karbonfotavtrykk, og være miljøvennlige både i produksjon og bruk, og helst være egnet for gjenbruk. I tillegg må det velges fornybare løsninger for forsyning av varme og elektrisitet. Gode systemer for oppfølging av energibruk i drift, og brukervennlige systemer, er også avgjørende for å oppnå lavt energibruk i praksis. Utvikling av nullutslippsbygg og nullutslippsområder krever en integrert planlegging. Mange av løsningene bygger på velkjent teknologi i tillegg til utvikling og optimalisering av nye løsninger.

Hva er et nullutslippsbygg?

Internasjonalt er det ulike definisjoner av nullenergibygg og nullutslippsbygg. Det norske forskningssenteret for nullutslippsbygg (FME ZEB) (Forskningssenter for miljøvennlig energi (FME) Research Centre on Zero Emission Buildings (FME ZEB) var støttet av Norges forskningsråd og 23 partnere fra 2009 til 2017, www.zeb.no) ved NTNU og SINTEF har definert ulike typer nullutslippsbygg – avhengig av hvor mange faser av byggets livsløp som er regnet med. Et nullutslippsbygg produserer nok fornybar energi til å kompensere for byggets totale klimagassutslipp gjennom hele levetiden, inkludert vedlikehold og oppgraderinger/utskifting av bygningsdeler og tekniske installasjoner. I beregningsmodellene er levetiden satt til 60 år. Vi opererer med fem forskjellige typer nullutslippsbygg, med stigende ambisjonsnivå:

ZEB – O ÷ EQ

Bygningens fornybare energiproduksjon kompenserer for klimagassutslippet fra drift (O = operation) av bygningen, men uten energien som går til bruk av utstyr (EQ = equipment).

ZEB – O

Fornybar energiproduksjon kompenserer for klimagassutslippet fra drift av bygningen.

ZEB – OM

Fornybar energiproduksjon kompenserer for klimagassutslippet fra drift og produksjon av byggematerialer (M = materials).

ZEB – COM

Fornybar energiproduksjon kompenserer for klimagassutslippet fra bygging (C = construction), drift og produksjon av byggematerialer.¨

ZEB – COMPLETE

Fornybar energiproduksjon kompenserer for klimagassutslippene fra absolutt hele levetiden. Dette gjelder byggematerialer, konstruksjon, drift og produksjon, samt rivning og gjenvinning.

Figur 6.2 Illustrasjonen viser de ulike fasene av et byggs levetid, som inngår i de ulike ambisjonsnivåene. Fornybar energiproduksjon (grønn sirkel) kompenserer eksempelvis for alle klimagassutslipp over bygningens totale levetid (Fufa, Schlanbusch, Sørnes, Inman & Andresen (2016). A Norwegian ZEB Definition Guideline, ZEB Project report no. 29).

Forskningssenteret ZEB har også definert at nullutslippsbygninger skal oppfylle andre kriterier enn CO2-utslipp. Disse kriteriene omfatter innemiljø, komfort og energibehov i driftsfasen.

Nullutslippsbygg-ambisjonen kan benyttes både på nye og eksisterende bygg. Noen eksempler er realisert av partnerne i forskningssenteret. Prosjektene er forskjellige i størrelse og type, fra eneboliger til kontorbygninger og skolebygninger. De er lokalisert i ulike klima, fra relativt temperert og fuktig kystklima i Bergen til mer solfylt klima i Larvik og kaldt innlandsklima på Evenstad. Ett av byggene, Powerhouse Kjørbo i Sandvika, er et rehabiliteringsprosjekt.

Varmeisolasjon og tetting

God varmeisolasjon og tetting mot luftlekkasjer er tiltak nummer en både for nybygg og oppgradering av eksisterende bygninger. God ventilasjon og helsevennlig materialbruk sørger for godt innemiljø.

Nye og mer effektive isolasjonsmaterialer er under utvikling. Eksempler er nanoisolasjon (Jelle, B.P., Gao, T., Sandberg, L.I.C., Tilset, B.G., Grandcolas, M. & Gustavsen, A. (2014). Thermal superinsulation for building applications – from concepts to experimental investigations. International Journal of Structural Analysis and Design, 1, 43–50.) og transparent isolasjon. Vakuumisolasjon er allerede tilgjengelig. De nye materialene vil komplementere eksisterende materialer og gjøre det mulig å etterisolere eksisterende bygninger på en mer ressurseffektiv måte.

Energieffektive bygninger krever høy varmeisolasjonsgrad. For å oppnå passivhus-standard kan veggtykkelsene bli 40–50 cm ved bruk av tradisjonelle varmeisolasjons-materialer (mineralull, polystyren, etc.). Nye materialer gir nye muligheter, spesielt ved etterisolering av eksisterende bygg.

En mulig løsning er varmeisolasjonsmaterialer basert på hule, kuleformede nanopartikler av silika (silisiumdioksid). Ved bruk av ekstremt små porer (nanostørrelse) og utnyttelse av Knudsen-effekten reduseres den samlede varme-ledningsevnen, og da spesielt gasslednings-evnen. Sluttmaterialet må gjøres vannavstøtende (hydrofobt).

Klimatisering

Drift av klimatiseringssystemene (for oppvarming og ventilasjon) i bygg utgjør en stor andel av energibruken. Bedre systemer vil gjøre det mulig å spare energi samtidig som man opprettholder godt inneklima.

Effektiv behovsstyrt ventilasjon er nødvendig for å oppnå god luftkvalitet med lavest mulig energibruk. Ved lave utetemperaturer kan kondens- og frostdannelse oppstå, for eksempel når kald uteluft varmeveksler med varm og fuktig avtrekksluft. Ofte må varmegjenvinningen reduseres til 70 prosent virkningsgrad for å unngå frostdannelse. Nye materialvalg i varmegjenvinnere vil gjøre det mulig å gjenvinne en større andel av varmen.

Passiv klimatisering: Å spille på lag med naturlige drivkrefter som oppdrift ved ventilasjon er mulig. Utfordringen er å lage ventilasjonssystemer som gir god luftkvalitet og riktig temperatur samtidig som energibruk holdes lav.

Bruk av termisk varmekapasitet, eksempelvis tyngre bygningskonstruksjoner, gjør det mulig å jevne ut temperatursvingninger over døgnet. Dette kan redusere behovet for mekanisk kjøling.

Eksempel: Arkitekter og ventilasjonsingeniører hos Snøhetta og Skanska Teknikk har utviklet konseptet for pilotbygget Powerhouse Kjørbo. Løsningene kan anvendes både i nybygg og ved rehabilitering. Her benyttes en bygningsintegrert ventilasjonsløsning som bidrar til å redusere elforbruket til ventilasjonsvifter med rundt 95 prosent. Friskluft blir tilført ved hjelp av fortreningsventilasjon fra kjernen av bygget, mens brukt luft trekkes ut via trappesjakter. Ventilasjonssystemet har få kanaler, lav lufthastighet og får dermed ekstremt lavt trykkfall.

Byggets lave oppvarmingsbehov gjør at radiatoranlegget kan begrenses til enheter plassert sentralt rundt om i landskapet. Dette medfører redusert behov for rørføringer, noe som igjen medfører redusert varmetap, redusert pumpedrift, færre komponenter, redusert bundet energi og reduserte kostnader. Dette egner seg spesielt godt for bygg med store internlaster slik som forsamlingshus og kinosaler.

Figur 6.3 Illustrasjon av membranveksler, som er sammensatt av flere lag membraner (S.M. Aarnes, Membrane Based Heat Exchanger, Masteroppgave, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, 2012) som overfører varme og fuktighet fra avtrekksluft til luft (M. Justo Alonso, P. Liu, H.M. Mathisen, G. Ge, C. Simonson (2015). Review of heat/energy recovery exchangers for use in ZEBs in cold climate countries. Build. Environ., 84, 228–237). Dermed unngås kondensering og frostdannelse i varmegjenvinneren ved lave utetemperaturer. Løsningen gjenvinner opptil 90 prosent av energien.

Bygningsintegrerte teknologier for utnyttelse av solenergi (solfangere for å samle inn solvarme og solceller for å produsere elektrisk strøm) vil erstatte tradisjonelle fasadematerialer (tak og vegger) der det er tilgang til sol. Varmepumpeløsninger for utnyttelse av omgivelsesvarme vil bli standard i mange bygg.

Figur 6.4 Bygningsintegrerte solcelle-paneler på taket til ZEB pilotbygg Skarpnes, Arendal. Foto: Skanska.

Fra nullutslippsbygg til nullutslippsområder

Å realisere et nullutslippsbygg kan være vanskelig, for eksempel grunnet geografisk plassering, tilgang på ny fornybar energi eller at bygningen som skal oppgraderes er verneverdig. Forskningssenter for nullutslippsområder i smarte byer (Forskningssenter for miljøvennlig energi (FME) Research Centre on Zero Emission Neighbourhoods in Smart Cities (ZEN), er støttet av Norges forskningsråd (2017–2024) og 34 partnere, http://fmezen.com) (FME ZEN) tar ZEB-definisjonen videre og etablerer en tilsvarende definisjon for et område: Et nullutslippsområde har som mål å redusere sine direkte og indirekte utslipp av drivhusgasser mot null innenfor en gitt tidsperiode.

Området skal gjennom planlegging, prosjektering og drift av bygninger og tilhørende infrastrukturelementer ta sikte på å oppnå netto null utslipp av drivhusgasser over livsløpet. Det tas hensyn til ulike livsløpsmoduler; fra fremstilling av produkter, gjennomføringsfase, bruksfase, til livsløpets sluttfase. I praksis kan et utviklingsprosjekt velge et definert ambisjonsnivå med hensyn til hvilke av disse livsløpsmodulene som inkluderes, samt hvilke bygningsdeler og infrastrukturelementer som inkluderes.

Robuste materialer og løsninger som har et lavt klimafotavtrykk må velges. Dette betyr for det første å redusere materialbruken gjennom arealeffektivitet og riktig dimensjonerte konstruksjoner. Bruk av resirkulerte materialer eller ombruk vil være fordelaktig, men det kan være vanskelig å finne godt dokumenterte produkter. Materialer og løsninger som er fremstilt på en miljøvennlig måte ved bruk av lite/fornybar energi, er selvsagt gunstig, men det er viktig å også ta hensyn til levetid og ressursbruk til drift og vedlikehold, samt gjenbruksmuligheter. På dette området forventer vi en kraftig utvikling av markedet både med hensyn til tilgang og dokumentasjon av miljøvennlige materialer og løsninger.

Den mest miljøvennlige energien er den man ikke bruker

Det første man må gjøre er å redusere behovet for energi så mye som mulig. Når energibehovet er redusert til et minimum, skal det resterende behovet dekkes med fornybar energi. Lokal tilgjengelig fornybar energi i området bør ses i sammenheng med det omkringliggende energisystemet, slik at man unngår suboptimalisering og utnytter alle tilgjengelige ressurser på en best mulig måte. Utnyttelse av tilgjengelig overskuddsvarme i området, samt utveksling av energi mellom bygg og med det omkringliggende energisystem, er sentralt.

Reduksjon av effektbehov samt smart styring av energiflyten i området, og utveksling med det omkringliggende energisystemet, kan gi betydelige gevinster med hensyn til både kostnader og klimagassutslipp. Her må man se det enkelte bygg i sammenheng med omkringliggende bygninger og energiforsyningssystemer for å finne den beste løsningen totalt sett.

Smarte systemer for styring av energibehov- og produksjon er allerede på full fart inn i byggebransjen, og neste generasjon løsninger vil sørge for optimal styring av utveksling av energi mellom bygg, energisystem, energilager og transport.

Tradisjonelt sett har bygninger kun brukt energi. Grunnet overgangen til nullenergi, plusshus og nullutslippsbygg, vil flere bygninger også produsere energi. På grunn av dette, og som en følge av mer sol og vindenergi i nettet generelt sett (internasjonalt og i Norge) vil produksjonen og tilgjengeligheten av fornybar elektrisitet variere mer med tiden. Fremtidens bygninger vil derfor kunne tilpasse bruken av energien til tider det er god tilgang på ren fornybar energi. Byggene bør etterspørre energi når den er mest ren, og overskuddsenergi kan lagres i byggenes materialer, varmemagasiner eller i batterier, og tas ut ved behov. Deling av strøm med batterier i el-biler kommer også til å bli mer vanlig. 90 prosent av ladning av elbiler skjer i bygninger.

Gjennom utforming av området samt forbindelsen til omkringliggende områder, funksjoner og infrastruktur, vil ZEN-områder ha fokus på bærekraftige transportløsninger. Dette innebærer tilrettelegging for gående og syklende, og tilgang til kollektivtransport, og nye grønne lavutslippsløsninger som elektriske kjøretøyer.

Gode steder å være

Et ZEN-område skal oppfattes som et godt sted å være. At området tilbyr gode kvaliteter og servicetilbud, har indirekte innvirkning på klimagassutslippene, da det vil begrense behovet for transport ut av området. Området bør ha god tilgjengelighet til servicefunksjoner og rekreasjonsområder, gode offentlig rom, og om mulig legge til rette for deling av arealer. Å involvere brukerne i utforming og drift av området, vil stimulere til miljøvennlig bruk, og gi stolthet og eierskap til området. Realisering av nullutslippsområder kan fremstå som en stor og ressurskrevende oppgave, i hvert fall i starten. Men på sikt er vi sikre på at dette vil lønne seg. Det er en investering i kvalitet, og det er en investering mot klimaendringer.

Det er viktig å ha fokus på løsninger som gir mest miljø for pengene i et livsløpsperspektiv. Derfor må vi se investeringskostnaden opp mot fremtidige drifts- og vedlikeholdskostnader, behov for oppgraderinger, ulike løsningers forventede levetid, forandringer i bruk, ytre rammebetingelser som energipriser og utvikling av teknologiske løsninger, og større samfunnsmessige nytteverdier som verdiskaping og klimakonsekvenser. Til sammen blir dette det vi kaller økonomisk bærekraft. Og spørsmålet blir ikke om vi har råd til det, men om vi har råd til å la være.