Kapittel 17: Ønsket omstilling krever riktige valg

Våre bygde omgivelser spiller en avgjørende rolle i klimaomstillingen. I 2050 kommer nesten 70 % av verdens innbyggere til å bo i byer, og bygge-, anleggs- og eiendomsnæringen (BAE-næringen) vil stå for en stor andel av verdens klimagassutslipp. CO2-utslipp fra drift av verdens bygninger økte til sitt høyeste nivå i 2019, til 28 % av de globale energirelaterte CO2-utslippene. Dersom utslippene fra hele byggeindustrien medregnes, er andelen 38 %, men dette varierer noe fra kilde til kilde. Byer er ansvarlige for opp mot 75 % av globale CO2-utslipp, med transport og bygninger som de største bidragsyterne. Bygg- og anleggsnæringen benytter i tillegg 50 % av materialene som tas ut av naturen.

De bygde omgivelsene påvirker dermed jordens naturmangfold både gjennom det omfattende materialuttaket fra naturen og ved at bygningene og infrastrukturen i seg selv beslaglegger store arealer. I EU står bygninger for 40 % av energibruken og 36 % av CO2-utslippene. Energibruk til bygninger i Norge utgjør omtrent samme andel, mens vår vannkraft gjør at klimagassandelen er mindre og utgjør ca. 15 % av de totale utslippene.

Nasjonale og internasjonale muligheter og trender

Selv om utfordringene er store, representerer utviklingen av bygninger, nabolag og byer også viktige muligheter til løsninger. Dette kan være energieffektivisering av eksisterende bygninger, lokal energiproduksjon, mer fleksibel energibruk ved bruk av smartere styringssystemer og energilagrings- systemer, og redusert transportbehov gjennom smart byplanlegging. Ved ulike kombinasjoner av løsninger tilpasset behovet til det enkelte bygg, område eller hele byer kan våre bygde omgivelser faktisk gi viktige bidrag i utviklingen mot et klimanøytralt samfunn.

Foreløpig ser vi dessverre at endringene går for langsomt, og at energibruken og klimagassutslippene fortsatt øker. Dette kan skyldes befolkningsvekst, økt levestandard, at teknologiene ikke er modne nok, eller at brukerne grunnet vaner og høye kostnader eller mangel på kunnskap ikke velger de mest klimavennlige løsningene. Mangel på regelverk eller insentiver som fremmer mer bærekraftige valg, har også betydning, og ikke minst har teknologiforbedringer en tendens til å tas ut som økt komfort eller forbruk i stedet for å gi reelle energisparinger og utslippsreduksjoner.

Globalt må klimagassutslipp fra bygde omgivelser reduseres betraktelig for at klimamålene skal oppfylles. IEA har i sitt Net Zero Scenario forutsatt at CO2-utslipp fra drift av bygninger må mer enn halveres innen 2030. Dette krever både atferdsendring, for eksempel gjennom å akseptere større variasjoner i innetemperatur, og betydelig energieffektivisering, som kan oppnås gjennom bedre isolerte bygg (med redusert behov for termisk energi), bruk av mer effektivt utstyr (eks. lamper og klimaanlegg) samt økt fleksibilitet og mer effektive og rene teknologier som varmepumper.

EU har nylig vedtatt en foreløpig versjon av Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) med mål om å redusere energibruk og klimagassutslipp fra bygninger betraktelig. Fra 2028 skal alle nybygg ha null klimagassutslipp, og allerede fra 2026 skal dette gjelde for nye bygninger som brukes, driftes eller eies av offentlige myndigheter. Der det er teknisk og økonomisk gjennomførbart, skal nybygg fra og med 2028 utstyres med teknologi for innsamling av solenergi, mens boligbygg som trenger omfattende oppgradering har 2032 som frist. EUs byggesektor skal være klimanøytral i 2050.

En ny norsk utredning (NOU 2003: 3, Mer av alt – raskere, Energikommisjonens rapport fra februar 2023) sier at kraftbruken i Norge i dag er rundt 138 TWh, og at kraftbruken vil øke med 21-30 TWh mot 2030 og med 36-45 TWh mot 2040. Dette må møtes med ulike tiltak, både ny fornybar energiproduksjon og energieffektivisering. Flere studier har sett på ulike muligheter knyttet til den norske bygningsmassen. En studie finner en forskjell på 23 TWh mellom referansemodellen, som beskriver bygningsmassens energibruk dersom dagens trender videreføres, og det mest optimistiske scenarioet, med reduksjon av energibehov gjennom energieffektivisering av bygningskropp og utstrakt bruk av varmepumper i 2050. En annen studie viser at det samlede potensialet for solkraft på bygg i Norge er 87,1 GWp, noe som tilsvarer en kraftproduksjon på 65,6 TWh/år. Dette er et teknisk potensial, økonomien i prosjektene er ikke vurdert, så det reelle utbyggingspotensialt ligger nok en del lavere. Det viser likevel mulighetene.

Bærekraftige bygninger, områder og byer

Ulike nye miljøklassifiseringsordninger for bygninger skal bidra til klimanøytrale byer og en mer bærekraftig bygningsmasse. Disse har over tid blitt stadig mer ambisiøse og har gått fra å gjelde enkeltbygninger til å omfatte områder og hele byer. Dette kapittelet viser eksempler på slike ordninger. Parallelt med miljøordningene har også ulike digitale verktøy blitt tatt i bruk, inklusive regnearkprogrammer og mer avanserte verktøy som kan benyttes i utviklingsfasen til å vise at de valgte løsningene oppfyller ønsket kravsnivå.

Passivhus

Et passivhus ble i utgangspunktet betraktet som en bygning med et betraktelig mindre energibehov enn en standard bygning, og som oppfyller bestemte kriterier knyttet til energibehov, lufttetthet og termisk komfort. Passivhusinstituttet i Tyskland angir kravene som er vist nedenfor. Disse har blitt tilpasset norske forhold i egne norske standarder, nærmere bestemt NS 3700 for boliger og NS 3701 for yrkesbygg.

• Energibehovet til romoppvarming skal ikke overstige 15 kWh per kvadratmeter netto boligareal per år eller 10 W per kvadratmeter i effektbehov. I klimaer der aktiv kjøling er nødvendig, samsvarer energibehov for romkjøling omtrent med kravene til varmebehovet ovenfor, med noe tillegg på grunn av energibehov til avfukting.
• Den totale energien som skal brukes til husholdningsutstyr, dvs. til oppvarming, varmtvann og elektrisitet til annet brukerutstyr, må ikke overstige 60 kWh per kvadratmeter gulvareal per år.
• Lufttettheten kan maksimalt være 0,6 luftskifter per time ved 50 Pascals trykkforskjell (ACH50) og skal verifiseres med en trykktest på stedet.
• Termisk komfort skal oppfylles for alle oppholdsrom vinter så vel som sommer, der innetemperaturen ikke skal være over 25 °C mer enn 10 % av timene i et gitt år.

I tillegg er det krav angående vinduers og konstruksjonenes termiske ytelse (U-verdi), kuldebroer og varmegjenvinning på ventilasjonsanlegg. Egne beregningsprogram er utviklet for å planlegge og dokumentere ytelsen til et passivhus. Flere av kravene tas ofte som utgangspunkt for ytelse og energieffektivitet når mer ambisiøse miljøklassifiseringer utvikles, for eksempel nullutslippsbygg. Ved oppgradering av eksisterende bygninger kan disse nivåene fortsatt være noe å strekke seg mot.

Nullenergibygg

Et nullenergibygg er en bygning som er prosjektert for å oppnå null netto energiforbruk over en gitt tidsperiode, vanligvis et år. Dette betyr at det totale energiforbruket til bygningen blir kompensert av den energien som samles inn på stedet gjennom fornybare energikilder. Det er viktig at bygningen er energieffektiv, dvs. har godt isolerte konstruksjoner, gode vinduer og dører, og at den er lufttett for å redusere uønsket varmetap. I tillegg bruker nullenergibygg teknologier som solcellepaneler for å generere elektrisitet og solfangere for å produsere varmt vann.

Det som gjør et nullenergibygg spesielt, er at det ikke bare tar sikte på å være energieffektivt, men også å generere like mye energi som det bruker. Selv om bygningene går i netto null gjennom året, trenger de ofte tilførsel av energi fra strømnettet i perioder da det ikke er tilstrekkelig lokal fornybar energi (for eksempel solenergi). Behovet for dette er avhengig av lokalt klima og eventuelt termiske eller elektriske lager som er tilknyttet bygningen.

Nullutslippsbygg

Et nullutslippsbygg produserer tilstrekkelig fornybar energi til å kompensere for byggets totale klimagassutslipp gjennom hele levetiden, vanligvis regnet som 60 år. Når alle utslippene medregnes, er det mer ambisiøst og vanligvis mer krevende å lage et nullutslippsbygg enn et nullenergibygg. Årsaken er at utslipp knyttet til bygningsmaterialene, bygging, drift, riving og gjenvinning må regnes med (se figur 17.1). Mens nullenergibygg vanligvis kun omhandler driftsfasen, så adresserer nullutslippsbygg hele byggets levetid. Dette gjør at man må redusere utslippene over hele livsløpet, dvs. at bygningen må være energieffektiv i drift, bruke løsninger og materialer med lavest mulig utslipp og selv ha ny fornybar energiproduksjon.

Det finnes i dag flere standarder for nullutslippsbygg, for eksempel fra ASHRAE og Forskningssenteret ZEB. I ZEB-standarden er det definert fem ulike ambisjonsnivå for nullutslippsbygg, alt etter hvor mange livsløpsfaser som medregnes. Lavest ambisjon har «ZEB-O ÷ EQ», som kun medregner utslipp fra energibruk i driftsfasen, men uten å inkludere energien som går til brukerutstyr, som kan variere fra bruker til bruker. Høyest ambisjon har «ZEB-COMPLETE», som tar med alle faser av livsløpet, inklusive produksjon, bygging, drift og avhending. «ZEB-COM» ligger imellom disse to og inkluderer utslipp fra produksjon av materialer, bygging og drift. Det er flere eksempler på bygninger som er bygget etter denne standarden. Et eksempel er ZEB-laboratoriet ved NTNU (vist innledningsvis i artikkelen), som ble planlagt som et ZEB-COM-bygg.

Figur 17.1 Illustrasjon av ZEB-definisjonen, der klimagassutslipp knyttet til hele livsløpet til bygningen er regnet med.

Bærekraftige, energipositive nabolag og distrikter

Fra å kun se på ytelsen til enkeltbygg har utviklingen de siste årene dreid seg mot å analysere ytelsen til nabolag og områder. Eksempler på dette er BREEAM Communities, Zero Emission Neighbourhoods og bærekraftige energipositive nabolag. Et bærekraftig energipositivt område eller nabolag er et område planlagt og bygget for å produsere mer energi enn det bruker i løpet av et år. Noen kjennetegn ved et bærekraftig energipositivt nabolag er at bygningene er energieffektive, det er ny fornybar energiproduksjon i området og smart interaksjon med omliggende energisystem. Det er også utnyttelse av områdets energifleksibilitet, mulighet for deling av energi mellom bygg og mulighet for lagring av energi innen området.

Generering av fornybar energi kan skje ved solceller, solfangere, vindturbiner, geotermiske system eller andre fornybare energikilder. Systemene kan være integrert i bygningene eller områdets infrastruktur. Med smart styring og interaksjon med omleggende energisystem kan energiressursene brukes optimalt og med redusert belastning på omliggende energisystem. Overflødig energi kan lagres lokalt eller føres tilbake til nettet og dermed bidra til økt samlet fornybar energiproduksjon.

Et bærekraftig energipositivt nabolag/område skal også legge til rette for klimavennlig transport/mobilitet, være fotgjengervennlig og stimulere til bruk av sykkel og offentlig transport. Beboerne oppfordres til å bidra til aktivitetene som bidrar til å redusere klimagassutslippene og belastningen på miljøet.

Sirkulære klimapositive områder

Utslipp fra bygninger og byer kommer også fra framstilling av materialene og fra løsningene som brukes i byggene og områdene, og fra vedlikehold av disse. Sirkulære løsninger, gjenbruk og oppgradering av eksisterende bygninger og områder blir derfor svært viktig for å redusere material- bruk og utslipp. For et klimapositivt område går man lenger enn å bli karbonnøytralt, man tar sikte på å fjerne mer klimagasser fra atmosfæren enn man skaper.

EU-prosjektet ARV utvikler løsninger og metoder for sirkulære klimapositive områder (Climate Positive Circular Community – CPCC).11 CPCC-konseptet fokuserer sterkt på samspillet mellom nye og oppgraderte bygninger, brukere og energisystemer, der informasjonsteknologi brukes til å gi attraktive og rimelige løsninger for innbyggerne. Livssyklusanalyser brukes til å regne ut klimagassutslippene fra bygninger, mobilitet og energisystemet, og overskudd av ny fornybar energiproduksjon kompenserer for utslippene. Prosjektet demonstrerer konseptet i seks byer i Europa, fra Oslo i nord til Palma på Mallorca i sør.

Figur 17.2 Energieffektivisering, fornybar energiproduksjon, gode miljøegenskaper, sirkulære løsninger, økonomisk og sosial bærekraft og god arkitektur er viktig for finne de gode løsningene.

Klimanøytrale og klimapositive byer

Byplanlegging og byutvikling handler om overordnet arealdisponering, om bygningstyper og deres funksjoner og om veier og annen infrastruktur som knytter funksjoner og steder sammen i både liten og stor skala. FNs klimapanel (IPCC) påpeker at byform og arealbruk (the spatial structure, land use patterns and the shape of buildings, streets and open public space) gjennom reduksjon av energibehov og materialforbruk, økt elektrifisering og karbonopptak knyttet til vegetasjon kan bidra betydelig til reduksjon av klimagassutslipp. IPCC presiser at byform i tillegg til å påvirke direkte utslipp fra bygging av bygninger og infrastruktur påvirker livsstil inkludert transportvalg.

EU har etablert en Cities Mission med 112 byer som skal bli klimanøytrale innen 2030. De utpekte byene, herunder Oslo, Stavanger og Trondheim, mottar skreddersydde råd og støtte for å nå klimanøytralitet innen 2030 og skal inspirere andre byer til å følge etter fram mot 2050.

Digitale verktøy for utvikling av framtidens bygde omgivelser

Digitale verktøy spiller en avgjørende rolle i omstillingen av bygge-, anleggs- og eiendomsnæringen for å redusere klimagassutslipp, fremme nullutslippsløsninger og sørge for effektiv ressursutnyttelse i byer. Økt digitalisering griper inn i hele livsløpet til et bygg, og utviklingen endrer måten vi planlegger, bygger og vedlikeholder bygg og infrastruktur på. Nedenfor presenteres noen eksempler på verktøy og muligheter som digitaliseringsutviklingen gir til å fremme løsninger for plussenergi og nullutslipp i bygg, områder og byer.

Automatisk beregning av ytelser på bygnings- og områdenivå

Ladybug er et åpent programvarebibliotek som kan brukes til energi- og miljøstudier på både bygnings- og områdenivå, med støtte for en rekke beregningsprogrammer og algoritmer. Det er et godt eksempel på såkalte økosystem av åpne modeller, som trolig blir viktig i utviklingen av nye energitjenester og forretningsmodeller der verifisering av ytelse på flere nivåer (bygg, område og by) er avgjørende.

Disse verktøyene har flere elementer som de deler med andre moderne web-baserte beregningsverktøy, og som skiller dem fra konvensjonelle simuleringsverktøy (skrivebords- programmer). De har gjerne et grafisk brukergrensesnitt som kan nås direkte fra nettleseren, der ulike brukere enkelt kan foreta databehandling og beregninger på en server eller skyplattform. I tillegg brukes det standardiserte datamodeller for bearbeiding, versjonshåndtering og utveksling av informasjon. Programvareutviklingssett og programmeringsgrensesnitt (kjent på engelsk som SDK og API-er) er også tilgjengelige. Dette gjør det mulig å effektivt ta i bruk offentlig geografisk informasjon til å utvikle automatiserte prosesser for å generere modeller til bygnings- eller områdestudier og til å presentere resultatene fra omfattende analyser.

I eksemplet i figur 17.3 er en modell av ZEB-laboratoriet og de omkringliggende bygningene generert ved hjelp av en nasjonal detaljert høydemodell, et fritt tilgjengelig datasett fra Kartverket som dekker hele Norge i 1 meters oppløsning. Detaljnivået egner seg best til enkle sol-, skygge- og dagslysstudier eller til urban bygningsenergimodellering (UBEM – Urban Building Energy Modelling), men kan også brukes som et utgangspunkt for formstudier eller videre detaljering av geometri og komponentytelser. I tillegg kan informasjonen om terrenget og omkringliggende bygninger brukes til å detektere om deler av ytterveggene ligger under bakken, eller om de omsluttes av andre bygg og derfor bør regnes med andre grensebetingelser enn friluft. Dette viser at informasjon fra offentlige datasett kan utnyttes til å gi informasjon til energiberegninger eller energioppfølging av bygg der automatisert datanalyse med modeller og inndata om for eksempel solvarmetilskudd kan inngå.

Figur 17.3 En automatisk generert modell av ZEB-laboratoriet i Ladybug-verktøyene med tilhørende bygninger, terreng og vegetasjon (triangulert fra Nasjonal detaljert høydemodell).

Automatisk karakterisering og feilsøking av bygninger – digital tvilling

I dagens digitale verden genererer de fleste bygninger en mengde data som kan analyseres og benyttes til ulike formål. Å analysere informasjon fra daglig drift kan for eksempel bidra til å avdekke hvordan bygget faktisk presterer, og brukes for mer optimal drift. God oppfølging er også viktig i en innkjøringsfase, for å forsikre seg om at prosjekteringsfasens mål blir nådd, og med mulighet for læring tilbake til de prosjekterende. Her holder det ikke med maskinlæring og statistiske metoder som representerer dagens situasjon godt, hvis ikke modellen har én eller flere fysiske verdier som kan tolkes. Til dette brukes kalibrerte simuleringsmodeller og statistiske metoder, der dokumentasjonen og antallet målepunkter en har på bygget, avgjør hvor detaljert avvik mellom reelle/målte og prosjekterte ytelser eller driftsbetingelser kan sammenlignes.

Figur 17.4 Eksempel på bruk av energiberegningsmodeller fra designfasen til energioppfølging i driftsfasen i ZEB-laboratoriet.

I ZEB-laboratoriene utvikles automatiserte metoder som kan gjenbruke informasjon fra energi- beregninger i prosjekteringsfasen til sanntidssimuleringer. Figur 17.4 viser en sammenligning av målt energibruk til romoppvarming og oppvarming av ventilasjonsluft med en simuleringsmodell som er basert på prosjekterte komponentytelser. I tillegg vises en sammenligning av målt strømforbruk til belysning og verdiene som ble satt som mål i prosjekteringsfasen. Dette er en variant av konseptet som går under navnet digital tvilling, der en digital modell er koplet til sin fysiske motpart og kan brukes til å levere sanntidsanalyser og til å optimalisere drift.

Strømningsberegninger for å analysere lokalklima

Klimaendringene vil føre til et mer ekstremt klima, med høyere temperaturer, mer ekstrem nedbør og kraftigere vindkast. Dette betyr økte klimapåkjenninger på våre bygde omgivelser og på oss mennesker både i og utenfor bygningene. Lokale, forhøyde temperaturer oppstår allerede i byområder, ofte om sommeren, fordi materialene både på bakken (asfalt/betong) og i bygningene (betong, tegl og treverk) absorberer mer solinnstråling enn arealer med gress eller skog. Dette kan føre til at temperaturen er flere grader varmere i byen enn utenfor. Slike effekter kan analyseres med strømningsberegningsprogram (CFD – Computational Fluid Dynamics). Figur 17.5 viser årlig solinnstråling og lokale vindeffekter for et område på Gløshaugen i Trondheim.

Figur 17.5 Figuren til venstre viser beregnet årlig solinnstråling på flater i et område og figuren til høyre vindhastighet rundt byggene.

Byutvikling, mobilitet og tilgjengelighet

Byplanlegging og byform kan ha stor innvirkning på klimagassutslipp knyttet til mobilitet. Å utvikle byområder med tilstrekkelig tetthet og med god tilgjengelighet mellom boliger, arbeidsplasser, butikker og offentlige tjenester reduserer behovet for lange daglige reiser og oppmuntrer til høyere andel gang-, sykkel- og kollektivtransport. I tillegg til å bidra til reduserte klimagassutslipp gir dette viktige positive helseeffekter, samtidig som det bidrar til bymessig attraktivitet knyttet til handel og service på gateplan.

Med det siste tiårets utvikling av GIS-baserte metoder (geografisk informasjonssystem, GIS, er et digitalt databasesystem for behandling av plassbestemt informasjon i et anvendelig format) er det nå mulig å evaluere viktige aspekt ved tetthet, avstander og arealbruk i tidligere planfaser. Dette er fasene hvor potensialet for ferdige løsninger i stor grad bestemmes, og hvor det ennå er mulig å gjøre endringer uten for store omkostninger i tids- og ressursbruk. Figur 17.6 viser reiseavstander til Tempe/Sluppen i Trondheim og tydeliggjør hvordan en ny gang-/sykkelbro over Nidelva vil redusere reiseavstanden fra Byåsen til fots og på sykkel.

Figur 17.6 Eksempel på GIS brukt til å analysere effekt av ny infrastruktur, hvor fargene rød, oransje og gul viser bygninger innen henholdsvis 1, 2 og 3 km gang-/sykkelavstand fra Tempe/Sluppen, med eksisterende situasjon til venstre og situasjon med ny gang-/sykkelbro Tempe–Byåsen til høyre (Schön og Manum, Vurdering av forslag til ny gang-/sykkelbru Tempe–Byåsen. Mobilitets- og samferdselsenheten, Trondheim kommune, 2022).

Perspektiver for fremtiden

En bærekraftig utvikling av bygninger, områder og byer med tilhørende mobilitetsbehov og infrastruktur er avgjørende for en karbonnøytral framtid. Det foreligger allerede klassifiseringsordninger, løsninger og dataverktøy som kan bidra til en bærekraftig omstilling. Disse er viktige for å redusere avhengigheten av fossile brensler, redusere klimagassutslippene, forbedre forsyningssikkerheten, redusere energikostnadene og redusere energibruken knyttet til bygde omgivelser.

Utfordringen er at endringene skjer for sakte. Myndighetene må sterkere på banen med regelverk og støtteordninger som sørger for at de beste løsningene tas i bruk raskere og i større omfang enn i dag. Forskere, næringsliv, kommuner, byer, offentlige aktører og andre må parallelt og i samarbeid utvikle nye og enda bedre løsninger som gjør den grønne omstillingen lettere.