Måten vi bygger og bruker bygninger på er i stadig endring. Økt fokus på klimautfordringer har ført til at vi i dag bygger med stadig bedre energistandarder. Eksempel på disse er nye krav i TEK10 som har trådt i kraft fra 1. jan 2016 (med ett års overgangsperiode) eller passivhus standard NS3701 for næringsbygg og NS3700 for boliger. Dette medfører at nye bygninger får vesentlig mindre oppvarmingsbehov. Dermed blir varmtvannsforbruket dominerende i varmebehovet i mange av framtidens bygninger. Samtidig går mye utvikling i retning av å øke arealeffektiviteten i næringsbygg og det 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 vindusareal og egenskaper som igjen skaper mye soltilskudd. Samlet sett ser Sweco at utviklingen går mot at framtidens næringsbygnings vil kreve mer fokus rundt kjølebehov enn oppvarmingsbehov mens boligbygninger for kun varmtvannproduksjon.

Forenklet oppvarming og økt fokus på varmtvannsforbruk

Utfordringer for framtidens bygninger kan beskrives i tre enkelte punkter.

· Første er at oppvarmingsbehovet til bygninger går vesentlig ned. Dette trenger forenklede varmesystemer som gir best mulig kost/bytte uten at det går på bekostning av komfort og klima. Der har det kommet en del løsninger, blant annet oppvarming med tilluft men det er fortsatt mye rom for nytenking. · Andre punkt er relatert til varmtvannsbehov som er jevnt over året og trenger høytemperaturvarme. Samfunnet har endret seg over tiden og i dag har vi til dels vesentlig forskjellig forbruk og bruksmønster enn det var 50 år tilbake. I doktoravhandlingen til Dar innen brukeratferd avdekket han at det mangler fakta rundt varmtvannsforbruk. Mye av dimensjoneringen i forbindelse med varmtvannsproduksjon hittil har vært basert på normerte verdiene fra NS3031 eller helgarderte erfaringstall. Dar peker på at en slik praksis betyr sløsing av ressurser og ofte unødvendige investeringer. Han stiller seg dessuten undrende til teknisk forskrift som ikke stiller noe krav til kvalitet på dette område siden det allerede finnes flere gode produkter i markedet som kan gi stor besparelse på forbruksvannet. Han peker på at dette er et av områdene som trenger mer fokus i framtiden. · Tredje men stadig viktigere punkt er da kjølebehov. Økte spesifikke internlaster og soltilskudd kommer til å vri fokuset over fra varmebehov til kjølebehov i næringsbygg

Kjøle behov står sentralt

Gamle bygg hadde ofte balanse mellom stort oppvarmingsbehov og en del kjøle behov slik at varmepumpe kunne dekke oppvarmingsbehovet om vinteren og kjøres som kjølemaskin om sommeren. Å finne den balansen i nye bygg og forsvare den kostnad/utbytte kommer til å være utfordrende. En klar oppfordring til alle er å tenke nytt og ikke vende seg automatisk mot gamle løsninger. Han mener at riktig oppsett for å finne løsning er å tenke systematisk. Første steg i dette er da å redusere/fjerne kjølebehov ved å utnytte bedre bygningsutforming, energieffektiv belysning og utstyr, optimale vindusløsninger og ikke minst bruke bygningens termiske masse. Det har skjedd mye utvikling på alle disse punkter.

For å gi noen få eksempler for vindussystemer kan det nevnes blant annet 180° vendbar vindu eller vinduer med prisme som gir høyre g-verdi om vinteren og lave 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 kjølebehov til bygget. Andre eksempler er: vinduer med faseendringsmaterial (PCM) som aktiverer seg på et 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 løsninger 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 tilnærminger 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 vanlige 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 er det ofte glemt at det ligger gode muligheter med 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. En 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 bespare sammenlignet med aktiv kjøling.

En utfordring har vært å dokumentere påvirkning av disse tiltakene mot myndighetenes krav. Sweco benytter seg av avanserte simuleringsverktøy blant annet IDA ICE og Design Builder og disse kan anvendes til å vurdere kompliserte problemstillinger relativt enkelt. Sweco har vurdert forskjellig vindusløsninger og PCM i ulike sammenhenger og ser at løsningene tilbyr gode muligheter. Samtidig mener Dar at det er et område hvor arkitekt har mest innflytelse og at det er behov for bedre samarbeid mellom arkitekt og rådgivere.

Vil kjøle med varmen – i lag med fjernvarme

Når det gjelder aktiv kjøling ser Dar også mye utvikling. Her er det verdt å nevnte tre potensielle muligheter utover de vanlige løsningene som f.eks. kjølemaskin (også nevnt som varmepumpe) eller fri-kjøling fra sjøvann eller energibrønner.

Første er bruk av adiabatisk kjøling. Metoden er basert på konseptet at temperatur i luften faller når luften absorberer vann. Ved å befukte 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 dermed ikke alltid er en fullgod løsning som spisslast.

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 tilluft siden adsorberer hjulet fukt fra friskluft mens på avtrekke 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 f.eks. fjernvarme. Den passerer over «dessicant wheel» slik at den tar med seg fukten (som ble adsorbert fra friskluft) og gjøre hjulet klar for neste syklus.

Tredje interessante metode er absorpsjon kjølemaskin. Metoden bruker varme som kilde og leverer kjøling på lik linje med kjølemaskin som bransjen er vant til. 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 varmtvann på ca. 80°C. Metoden har dermed potensial som kombinasjonsløsning for bygg hvor man også har stort varmtvannsbehov.

Økonomisk viser beregning at begge de to sistnevnte metoder er sterk avhengig av fjernvarmens tariffer. Samtidig gir metoden en vei videre hvor kjølesystem kan benytte seg av overskuddsvarmen fra avfallsbrenning og mindre bruk av elektrisitet. Så dette er et område hvor fjernvarmeleverandører kan finne nye markeder.

Oppsummering

Oppsummert ser Sweco at framtiden bringer nye muligheter for byggebransjen. Dar ser flere framtidsløsninger og et klart behov for bedre og bredere samarbeid på tvers av forskjellige fag. Spesielt viktig er det at disse utfordringene vektlegges i tidligfase prosjektering. Dar oppfordrer alle til å tenke bredt og se mulighetene i nye energiløsninger.