Μάθημα: Διαχείριση Ενέργειας και Περιβαλλοντική Πολιτική Δείκτες ενεργειακής απόδοσης κτιρίων Χάρης Δούκας, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ, Ιωάννης Ψαρράς, Καθηγητής ΕΜΠ Εργαστήριο Συστημάτων Αποφάσεων & Διοίκησης Γρ. 2.2.9. 2 ος Όροφος Σχολής Ηλεκτρολόγων Τηλέφωνο: 210-772083 E-mail: h_doukas@epu.ntua.gr
Ορισμοί 1.2 Κτίριο με σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας (nzeb): κτίριο με πολύ υψηλή ενεργειακή απόδοση. Η σχεδόν μηδενική ή πολύ χαμηλή ποσότητα ενέργειας που απαιτείται θα πρέπει να καλύπτεται κυρίως από ανανεώσιμες πηγές περιλαμβανομένης της παραγομένης επιτόπου ή πλησίον του κτιρίου, Πρωτογενής ενέργεια: ενέργεια που δεν έχει υποστεί διεργασία μετατροπής ή μετασχηματισμού.
Νομοθετικό Πλαίσιο (1/2) 1.3 ΟΔΗΓΙΑ 2010/31/ΕΕ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟΥ ΚΟΙΝΟΒΟΥΛΙΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟΥ της 19 ης Μαΐου 2010 για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων Η οδηγία εναρμονίστηκε με το νόμο 4122/13 Στόχος της είναι η μείωση 20% της κατανάλωσης ενέργειας έως το 2020, και 27% έως το 2030. ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΣ (ΕΕ) αριθ. 244/2012 ΤΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ της 16 ης Ιανουαρίου 2012 προς συμπλήρωση της οδηγίας 2010/31/ΕΕ Προσδιορισμός δείκτη πρωτογενούς ενέργειας
Νομοθετικό Πλαίσιο (2/2) 1.4 1. Από 01.01.2021, όλα τα νέα κτίρια πρέπει να είναι κτίρια nzeb. Για τα νέα κτίρια που στεγάζουν υπηρεσίες του δημόσιου και ευρύτερου δημόσιου τομέα, η υποχρέωση αυτή ισχύει από την 01.01.2019. 2. Απαιτείται ο προσδιορισμός της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων περιλαμβανομένου αριθμητικού δείκτη χρήσης πρωτογενούς ενέργειας σε κιλοβατώρες /τετραγωνικό μέτρο κατ έτος (kwh/m 2 a).
Προσδιορισμός Ενεργειακής Απόδοσης (1/2) Σύμφωνα με τον κανονισμό (ΕΕ) αριθ. 244/2012: 1.5 1. Υπολογίζεται η καθαρή θερμική ενέργεια που απαιτείται για την κάλυψη των αναγκών του κτιρίου, 2. Αφαιρείται η θερμική ενέργεια από ΑΠΕ που παράγεται και χρησιμοποιείται επιτόπου, 3. Υπολογίζεται η ενεργειακή κατανάλωση για κάθε τελική χρήση (θέρμανση και ψύξη χώρων, ζεστό νερό χρήσης, φωτισμό, αερισμό) και ανά φορέα ενέργειας (ηλεκτρισμός, καύσιμα), 4. Αφαιρείται η ηλεκτρική ενέργεια από ΑΠΕ που παράγεται και χρησιμοποιείται επιτόπου (π.χ. από φωτοβολταϊκά πλαίσια),
Προσδιορισμός Ενεργειακής Απόδοσης (2/2) 5. Υπολογίζεται η παρεχόμενη ενέργεια ανά φορέα ενέργειας ως το άθροισμα των ενεργειακών καταναλώσεων, 1.6 6. Υπολογίζεται η πρωτογενής ενέργεια που αντιστοιχεί στην παρεχόμενη ενέργεια, με την εφαρμογή των εθνικών συντελεστών μετατροπής, 7. Υπολογίζεται η πρωτογενής ενέργεια που αντιστοιχεί στην ενέργεια που εξάγεται στην αγορά (π.χ. παράγεται από ΑΠΕ ή συμπαραγωγή επιτόπου). 8. Υπολογίζεται η πρωτογενής ενέργεια ως η διαφορά μεταξύ των δύο ποσοτήτων που υπολογίστηκαν υπό τα δύο προηγούμενα σημεία: (6) - (7).
1 o Παράδειγμα Υπολογισμού (1/5) 1.7 Κτίριο γραφείων που βρίσκεται στις Βρυξέλλες, με τις ακόλουθες ετήσιες ενεργειακές ανάγκες: 20 kwh/(m 2 a) για θέρμανση χώρου, 5 kwh/(m 2 a) για ζεστό νερό χρήσης, 35 kwh/(m 2 a) για ψύξη χώρου, και τις ακόλουθες ετήσιες καταναλώσεις ενέργειας: 7 kwh/(m 2 a) ηλεκτρική ενέργεια για αερισμό, 10 kwh/(m 2 a) ηλεκτρική ενέργεια για φωτισμό.
1 o Παράδειγμα Υπολογισμού (2/5) Συστήματα κτιρίου: 1.8 Λέβητας με καυστήρα φυσικού αερίου για θέρμανση χώρων και ΖΝΧ, απόδοσης 80 %, Μηχανικό σύστημα ψύξης, απόδοσης 175 %, Ηλιακοί συλλέκτες για ΖΝΧ 3 kwh/(m 2 a), Φωτοβολταϊκό σύστημα 15 kwh/(m 2 a), εκ των οποίων 6 kwh/(m 2 a) για ιδιοκατανάλωση και 9 kwh/(m 2 a) εξαγωγή στο δίκτυο. Πρωτογενής Ενέργεια = 2,5 * Παρεχόμενη ηλεκτρική ενέργεια ή Παρεχόμενη Ηλεκτρική Ενέργεια = 0,4 * Πρωτογενή ενέργεια
1 o Παράδειγμα Υπολογισμού (3/5) 1.9 Αποτελέσματα Ενεργειακού Υπολογισμού: - Κατανάλωση καυσίμου για θέρμανση χώρου: 25 kwh/(m 2 a): 20/0,80 - Κατανάλωση καυσίμου για ζεστό νερό χρήσης: 2,5 kwh/(m 2 a): (5-3)/0,80 - Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για ψύξη χώρου: 20 kwh/(m 2 a): 35/1,75 - Παρεχόμενα καύσιμα: 27,5 kwh/(m 2 a): 25 + 2,5 - Παρεχόμενη ηλεκτρική ενέργεια: 31 kwh/(m 2 a): 7 + 10 + 20-6 - Πρωτογενής ενέργεια: 105 kwh/(m 2 a): 27,5 + (31/0,4) - Πρωτογενής ενέργεια που εξάγεται στην αγορά: 22,5 kwh/(m 2 a): 9/0,4 - Καθαρή πρωτογενής ενέργεια: 82,5 kwh/(m 2 a): 105 22,5=82,5 EP p = 82,5 kwh/(m 2 a).
1 o Παράδειγμα Υπολογισμού (4/5) 1.10
1 o Παράδειγμα Υπολογισμού (5/5) Σχηματική απεικόνιση του συστήματος υπολογισμού 1.11
2 o Παράδειγμα Υπολογισμού (1/5) 1.12 Μονοκατοικία χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας Ετήσιες ενεργειακές ανάγκες: 48 kwh/(m 2 a) για θέρμανση χώρου και ΖΝΧ 10,7 kwh/(m 2 a) για ψύξη χώρου 7 kwh/(m 2 a) για φωτισμό 16 kwh/(m 2 a) για συσκευές 5 kwh/(m 2 a) για ανεμιστήρες
2 o Παράδειγμα Υπολογισμού (2/5) 1.13 Συστήματα κτιρίου: Αντλία θερμότητας για θέρμανση χώρων και ΖΝΧ, απόδοσης 320 %, Σύστημα ψύξης, απόδοσης 600 %, Ηλιακοί συλλέκτες για ΖΝΧ 14 kwh/(m 2 a) για ιδιοκατανάλωση. Απώλειες εκπομπής και διανομής θεωρούνται αμελητέες. Πρωτογενής Ενέργεια = 2,5 * Ηλεκτρική ενέργεια ή Ηλεκτρική Ενέργεια = 0,4 * Πρωτογενή ενέργεια
2 o Παράδειγμα Υπολογισμού (3/5) Αποτελέσματα του ενεργειακού υπολογισμού: Καταναλώσεις ηλεκτρικής ενέργειας για: - Θέρμανση χώρου και ΖΝΧ: (48-14)/3,2=34/3,2 =10,6 kwh/(m2 a) - Ψύξη χώρου: 10,7/6=1,78 kwh/(m2 a) - Φωτισμός χώρου: 7/1=7 kwh/(m2 a) - Συσκευές: 16 kwh/(m 2 a) - Ανεμιστήρες: 5 kwh/(m 2 a) - Συνολικά παρεχόμενη ηλεκτρική ενέργεια: 40,4 kwh/(m 2 a) 1.14 Καθαρή πρωτογενής ενέργεια: 40,4/0,4=101 kwh/(m 2 a) EP p = 101 kwh/(m 2 a)
2 o Παράδειγμα Υπολογισμού (4/5) 1.15 101
2 o Παράδειγμα Υπολογισμού (5/5) 1.16 14 21,0 και ανεμιστήρες
Προσδιορισμός ενεργειακής απόδοσης κατά REHVA (1/4) 1.17 REHVA: Ευρωπαϊκή Ομοσπονδία ενώσεων θέρμανσης, αερισμού και κλιματισμού για υπηρεσίες του κτιριακού τομέα σε 27 χώρες. Καθώς σε επίπεδο ΕΕ έχει υιοθετηθεί ένας ευρύς ορισμός του nzeb, επαφίεται στο κάθε κράτος μέλος ο ακριβής ορισμός του σε όρους τεχνικής απόδοσης. Η REHVA εκπόνησε και αναθεώρησε σε συνεργασία με τον οργανισμό ευρωπαϊκής τυποποίησης CEN, τη μόνη μέχρι σήμερα διαθέσιμη μεθοδολογία για τον υπολογισμό του δείκτη πρωτογενούς ενέργειας και της αναλογίας κάλυψης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές.
Προσδιορισμός ενεργειακής απόδοσης κατά REHVA (2/4) 1.18 Όρια Συστήματος για Προσδιορισμό EP p Παρεχόμενη Ενέργεια Όρια συστήματος ενεργειακής χρήσης Εξαγόμενη Ενέργεια
Προσδιορισμός ενεργειακής απόδοσης κατά REHVA (3/4) 1.19 Δείκτης πρωτογενούς ενέργειας kwh/m 2 a EP p = E p,nren A = [ i E del,i f del,nren,i i E exp,i f exp,nren,i ] /Α Όπου: E p,nren E del,i f del,nren,i E exp,i f exp,nren,i H πρωτογενής ενέργεια από μη ανανεώσιμες μορφές H παρεχόμενη ενέργεια στο χώρο ανά ενεργειακό φορέα Ενεργειακός συντελεστής πρωτογενούς, μη ανανεώσιμης ενέργειας, ανά παρεχόμενο ενεργειακό φορέα H εξαγόμενη ενέργεια από το χώρο ανά ενεργειακό φορέα Ενεργειακός συντελεστής πρωτογενούς, μη ανανεώσιμης ενέργειας, ανά εξαγόμενο ενεργειακό φορέα Α Τετραγωνικά
Προσδιορισμός ενεργειακής απόδοσης κατά REHVA (4/4) 1.20 Λόγος ανανεώσιμης ενέργειας RER P Όπου: E ren,i f del,tot,i REP p = i E ren,i + i i E ren,i + i E del,i f del,tot,i f del,tot,i f del,nren,i E del,i H επιτόπια παραγόμενη ενέργεια από ΑΠΕ i E exp,i f exp,tot,i Συνολικός ενεργειακός συντελεστής πρωτογενούς ενέργειας, ανά παρεχόμενο ενεργειακό φορέα f exp,tot,i Συνολικός ενεργειακός συντελεστής πρωτογενούς ενέργειας, αντισταθμιζόμενος από την εξερχόμενη ενέργεια ανά ενεργειακό φορέα
Παράδειγμα Υπολογισμού (1/7) Κτίριο γραφείων που βρίσκεται στο Παρίσι (υπολογισμός δεικτών κατά REHVA, απώλειες αμελητέες): 1.21 Ενεργειακές ανάγκες: 3.8 kwh/(m² a) για θέρμανση χώρου και ΖΝΧ, 11.9 kwh/(m² a) για ψύξη, 21.5 kwh/(m² a) ηλεκτρική ενέργεια για συσκευές, 10.0 kwh/(m² a) ηλεκτρική ενέργεια για φωτισμό.
Παράδειγμα Υπολογισμού (2/7) 1.22 Συστήματα κτιρίου: Λέβητας αερίου, απόδοσης 90%, με κυκλοφορητή που χρησιμοποιεί 5.6 kwh/(m² a) ηλεκτρισμό, Σύστημα ψύξης free cooling (1/3 της ανάγκης), απόδοσης 10 Σύστημα μηχανικής ψύξης (2/3 της ανάγκης), απόδοσης 3.5, Σύστημα εξαερισμού ισχύος 1.2 kw/(m 3 /s), Φωτοβολταϊκά 15.0 kwh/(m² a), 6.0 kwh/(m² a) για ιδιοκατανάλωση και 9.0 kwh/(m² a) για εξαγωγή στο δίκτυο.
Παράδειγμα Υπολογισμού (3/7) Ενεργειακοί υπολογισμοί: 1.23 Κατανάλωση καυσίμου για θέρμανση χώρου: 3,8/0,90 = 4,2 kwh/(m 2 a) Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για δωρεάν ψύξη: 4/10= 0,4 kwh/(m 2 a) Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για ψύξη χώρου: 7,9/3,5= 2,3 kwh/(m 2 a) Συσκευές : 21,5 kwh/(m 2 a) Φωτισμός: 10 kwh/(m 2 a) Ανεμιστήρες και αντλίες : 5,6 kwh/(m 2 a)
Παράδειγμα Υπολογισμού (4/7) Ενεργειακοί υπολογισμοί: kwh/(m 2 a) 1.24 Σύνολο ηλεκτρισμού 39.8 Σύνολο καυσίμου 4.2 Σύνολο παραγόμενου ηλεκτρισμού 15 Σύνολο παρεχόμενης ενέργειας ανά ενεργειακό φορέα Παρεχόμενος ηλεκτρισμός 33.8 Παρεχόμενο καύσιμο 4.2 Πρωτογενής ενέργεια 66.1 Κατανάλωση καυσίμου = Παρεχόμενα καύσιμα : 4,2 kwh/(m 2 a) Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας: 0,4 + 2,3 +5,6+21,5+10 = 39,8 kwh/(m 2 a) Παρεχόμενη ηλεκτρική ενέργεια: 39,8-6=33,8 kwh/(m 2 a)
Παράδειγμα Υπολογισμού (5/7) 1.25 EP p = E p,nren A = [ i E del,i f del,nren,i i E exp,i f exp,nren,i ] /Α =4,2*1+2*33,8-2*9=53,7 kwh/(m 2 a) REP p = i E ren,i + i f del,tot,i f del,nren,i E del,i i E ren,i + i E del,i f del,tot,i i E exp,i f exp,tot,i f del,nren,el = 0,2 0 + 0,8 2,5 = 2 f del,tot,el = 0,2 1 + 0,8 2,5 = 2,2 Το 20% της Η.Ε. του δικτύου προέρχεται από ΑΠΕ Συμπυκνωτής = 4+0,4=4,4
Παράδειγμα Υπολογισμού (6/7) Ενεργειακοί υπολογισμοί αν το δίκτυο περιλαμβάνει 20% ενέργεια από ΑΠΕ: Παρεχόμενη και εξαγόμενη ενέργεια Ποσότητα (kwh/m 2 a) Συντελεστές πρωτογενούς ενέργειας PFf EP P RERp= A/B 1.26 nren ren tot nren A,ren B,tot Ηλεκτρική ενέργεια PV, επί τόπου 15 0 1 1 0.0 15.0 15.0 Ενέργεια για θέρμανση αέρα, ψύξη 4.4 0 1 1 0.0 4.4 4.4 Παρεχόμενο καύσιμο επί τόπου 4.2 1 0 1 4.2 0.0 4.2 Παρεχόμενη ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο επί τόπου 33.8 2 0.2 2.2 67.5 6.8 74.3 Εξαγόμενη ηλεκτρική ενέργεια επί τόπου -9 2 0.2 2.2-18.0-19.8 26.1 78.1 53.7 33.45% RERp
Παράδειγμα Υπολογισμού (7/7) 1.27
Συμπεράσματα 1.28 1. Ο Κανονισμός (ΕΕ) αριθ. 244/2012 περιλαμβάνει μεθοδολογία για τον υπολογισμό της καθαρής πρωτογενούς ενέργειας που απαιτείται για την εξυπηρέτηση των αναγκών ενός κτιρίου δηλ. του δείκτη EP p. 2. Η μεθοδολογία της REHVA πλην του υπολογισμού του ανωτέρω δείκτη επεκτείνεται και στον υπολογισμό της αναλογίας κάλυψης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές δηλ. του δείκτη RER P.