Analyse av forholdet mellom dagslys, varmetap og energiproduksjon i en BIPV-fasade : en case-studie med OsloSolar

Abstract

I en verden som står overfor store klimautfordringer, og med en byggenæring som er ansvarlig for 40 % av energibruken i Europa, har EU vedtatt tiltak for å fremme bærekraft og fornybar energi. For byggenæringen medfører dette krav om «nesten nullenergibygg»-nivå for nye offentlige bygg fra 2018, og for alle nye bygg fra 2020. Fremveksten av slike bærekraftige bygg har ført til en etterspørsel etter innovative, optimale løsninger som gjør det mulig for bygget å produsere (nesten) like mye, eller mer energi enn det bruker. De nye byggene må møte alle tekniske krav, samt ta hensyn til verdien av gode dagslysforhold. Gjennom caset «OsloSolar», belyser oppgaven en metode for å optimalisere fasaden til det som trolig kommer til å bli verdens største plusshus. Forskningsspørsmålet som undersøkes er: Hva er det optimale forholdet mellom dagslys, varmetap og energiproduksjon for fasaden i caset «OsloSolar»? Den vitenskapelige metoden som er anvendt er en kombinasjon av en litteraturstudie, gjennomføring av simuleringer samt intervjuer, møter og samtaler med ulike aktører i bransjen. Undersøkelsen er gjort på grunnlag av egenprodusert empiri. Resultater fra 42 ulike simuleringer av dagslys i «DIVA for Rhino», og 21 ulike simuleringer av energiproduksjon i «Skelion» er satt opp mot hverandre. Det er også beregnet varmetap for de ulike fasadesammensetningene. Med kunnskap opparbeidet gjennom litteraturstudiet og resultatene fra simuleringene, vurderes den optimale fasaden for OsloSolar til å være en fasade med 50% glass og 50% vegg (solcellemodulareal). Ytterveggelementene vil ved bruk av høyeffektiv isolasjon ha en tykkelse på 400mm og en U-verdi = 0,07. Vinduselementene vil være en kombinasjon av «redirecting glass» (for eksempel aerogelglass) og elektrokromatiske glass med U-verdier på henholdsvis 0,3 og 0,7. Fasadesammensetningen oppfyller alle prosjektspesifikke og tekniske krav. Per i dag brukes stort sett forskjellige dataprogrammer for å simulere ulike egenskaper for bygget, som kan gjøre det vanskelig å veie parameterne opp mot hverandre. På sikt bør byggenæringen ta i bruk algoritmebaserte optimaliseringsprogrammer, som vil gjøre prosessen lettere, og resultatene mer nøyaktige.

In a world facing big challenges due to climate change, and with the construction industry contributing with 40% to the European energy consumption, the EU has adopted restrictive measures in order to promote sustainability and renewable energy. For the building sector, this means that from 2018, all new public buildings must meet the requirements of a «nearly zero energy building», and the same will be required of all new buildings from 2020. The growth of sustainable buildings has led to a demand for innovative, optimal solutions, where buildings can produce (nearly) as much, or more energy than its energy demand. The new buildings must meet the technical requirements, and should take the value of good daylight conditions into account. Through the case «OsloSolar», the thesis highlights one way to optimize the façade of what will probably be the world’s largest energy-plus-house. The research question investigated is: What is the optimal relationship between daylight, heat loss and energy production for the façade in the case «OsloSolar»? The scientific method applied is a combination of a literature study, implementation of simulations, as well as interviews, meetings and conversations with people in the industry. The investigation is based on own-produced empiricism. Results from 42 simulations of daylight in «DIVA for Rhino», and 21 simulations of energy production in «Skelion» are compared. It is also calculated heat loss for the various façade compositions. With knowledge gained through the literature study and the results from the simulations, a façade with 50% glass and 50% wall (area for solar cells), is considered the optimal solution. By using high-efficient insulation, the wall elements will have a thickness of 400mm and a U-value = 0.07. The window elements will be made of «redirecting glass» (aerogel glass) and electrochromic glass with U-values of 0.3 and 0.7, respectively. The chosen façade composition meets all technical and project specific requirements. Currently, several types of computer software are used to simulate different properties of a building, which can make it difficult to evaluate the parameters up against each other. In the future, the construction industry should use algorithm-based optimization software, which will simplify the process and make the results more precise.