Vi mangler værktøjer til at forstå bygningers varmeforbrug

Ph.D.-stipendat Christoffer Rasmussen fra DTU Compute er aktuel med artiklen ’Method for scalable and automatised thermal building performance documentation and screening’, som netop er udgivet som en open-access-artikel.

Vi har stillet syv skarpe til PhD-stipendiat Christoffer Rasmussen fra DTU Compute.

1. Hvad går din ph.d. ud på, og hvad er fokus for den aktuelle artikel?
I min ph.d. har jeg undersøgt, hvordan kontinuerlige målinger af fx varmeforbruget, suppleret med vejrdata, kan bruges til at kortlægge bygningers varmeforbrug og separere årsagerne til det. Arbejdet har været særligt rettet mod, hvordan man kan kvantificere det spænd, man typisk ser imellem energiforbruget, der er oplyst i fx bygningens energimærke og hvad beboerne rent faktisk ser på deres varmeregning.

Ofte kan man blive ganske skuffet, når man ser varmeregningen, efter man har fået efterisoleret sin bolig. Det kan virke underligt for den enkelte beboer, at alle anstrengelserne for at reducere energiforbruget tilsyneladende ikke har haft den store effekt på varmeregningen. Men i og med, at varmeforbruget er et resultat af bl.a. vejr, beboernes adfærd og brug af bygningen, så er en sammenligning af det beregnede energiforbrug og det faktiske energiforbrug ikke helt så enkel.

»... i og med, at varmeforbruget er et resultat af bl.a. vejr, beboernes adfærd og brug af bygningen, så er en sammenligning af det beregnede og det faktiske energiforbrug ikke altid helt så enkel.«

Den videnskabelige artikel, vi har udgivet, fokuserer netop på, hvordan man med ganske få målte parametre kan kortlægge, ikke bare bygningens isoleringsgrad og indikationer af eventuelle utætheder, men også estimater af brugernes indflydelse på varmeforbruget qua deres indeklimapræferencer og brug af bygningen. Og det er kun på baggrund af tidsrækker af hyppige data om bygningens daglige varmeforbrug og vejrforhold. Det åbner op for helt nye måder at kortlægge bygningers energiforbrug, som også er langt mere skalerbar, end hvad man tidligere har set.

2. Hvad er essensen i metoden REBUS Connect?
REBUS Connect er fællesbetegnelsen for det samlede sæt metoder, som også har en sammenhæng til de øvrige REBUS-løsninger. REBUS Connect dækker både over de statistiske modeller og algoritmer, som jeg har arbejdet på, og den feedbackløsning, som afprøves for at blive klogere på beboernes præferencer og adfærd.

Essensen går ud på at skabe et bedre grundlag for dokumentation af bygningers faktiske varmemæssige ydeevne. Dvs. det er en måde at få overblikket over, hvordan varmetabet i en bygning er, og en separering af brugernes, vejrets og bygningens indflydelse på varmeforbruget.

»Så spørgsmål, som tilsyneladende virker simple, såsom "bruger bygningen mere varme, end hvad man er blevet lovet?" bliver pludselig tæt på umulige at få svar på, hvis man ikke skal sparke beboerne ud i en periode, og lave særlige målinger, som fx blowerdoor og co-heating tests på bygningen.«

Faktisk er det vanskeligt at vurdere, om den renovering man har betalt for, rent faktisk lever op til alle løfterne. Så spørgsmål, som tilsyneladende virker simple såsom: ”bruger bygningen mere varme, end hvad man er blevet lovet?” bliver pludselig tæt på umulige at få svar på, hvis man ikke skal sparke beboerne ud i en periode, og lave særlige målinger, som fx blower door og co-heating tests på bygningen. Det er selvfølgelig tidskrævende og dyrt at skulle lave sådanne eksperimenter, og hvis man ønsker et mere fyldestgørende billede af en større bygningsmasses varmeforbrug, bør man overveje at benytte sig af andre metoder, som for eksempel databaserede metoder som dem, jeg har arbejdet med de sidste treethalvt år på DTU Compute i kraft af REBUS-partnerskabet.

3. Hvordan kommer den viden, der er opnået i projektet, ud til praktikere i energi- og byggebranchen?
Heldigvis ser vi en voksende interesse fra producenter, rådgivere og ikke mindst entreprenører for at kunne dokumentere, hvad de leverer til deres kunder. Det er jo en absolut positiv tendens, som jeg håber endnu flere begynder at tage til sig.

Så er der også mere fokus på databaserede metoder på EU-plan. Der er særligt to EU-direktiver – direktiv om bygningers energimæssige ydeevne (EPBD) og direktiv om energieffektivitet (EED) – der gør, at forsyningsselskaber, bygningsejere og byggebranchen er begyndt at fokusere mere på at monitorere bygningers energiforbrug. Blandt andet ved at indsamle data fra fjernaflæste målere.

4. Hvilke resultater vil du fremhæve fra dit forskningsprojekt?
Med den seneste videnskabelige artikel er vi kommet væsentligt tættere på at kunne dokumentere bygningers varmeforbrug, og samtidig isolere brugernes indflydelse på varmeforbruget. Det giver ikke blot et meget bedre billede af bygningens egentlige energimæssige ydeevne, som kan bruges til at dokumentere byggeriet. Det kan være et afgørende skridt hen imod, at man som beboer får bedre redskaber til at forstå årsagerne til varmeforbruget i boligen, og i bedste tilfælde bliver bedre til at udnytte energien.

»Med den seneste videnskabelige artikel er vi kommet væsentligt tættere på at kunne dokumentere bygningers varmeforbrug, og samtidig isolere brugernes indflydelse på varmeforbruget.«

En anden ting, som ofte forsimples eller helt negligeres, når man forsøger at bestemme bygningers energimæssige ydeevne ud fra måledata, er et væsentligt varmetilskud, nemlig solstråling. For at bestemme fx isoleringsgraden af en bygning, kan sådanne varmetilskud være vigtige at få med i sine statistiske modeller. Problemet er bare, at solens indvirkning på varmeforbruget og indetemperaturen varierer over dagen og året. Denne variation skyldes bygningens udformning, vinduernes egenskaber og omgivelserne, som fx en skyggende skov – ting man ikke umiddelbart kan måle på samme måde, som man fx kan måle bygningers varmeforbrug. Hvis man skal ud at registrere bygningens geometri og omgivelser hver gang, man skal dokumentere dens ydeevne, så skal man afsted mange gange.

På DTU Compute har vi udviklet en metode til at bestemme solens indvirkning på bygningens energiforbrug uden at kende til bygningsgeometri, omgivelser osv. Metoden er afprøvet på både bygninger, men også på solfangeranlæg, hvor man ønsker at forudsige temperaturen, der kommer fra anlægget.

Læs artikel (Open access): Semi-parametric Modelling of Sun Position Dependent Solar Gain Using B-splines in Grey-box Models.

5. Hvilke udfordringer er der med de eksisterende metoder til forudsigelse af energiforbrug?
Typisk bestemmer man energiforbruget til bygninger, før bygningen er bygget eller renoveret. Det er der selvfølgelig en række udfordringer i, da man ikke kender til brugernes adfærd og indeklimapræferencer. Det giver selvfølgelig en enorm forskel i varmeforbruget, om du lufter ud 3 gange om dagen af 10 minutters varighed, eller har et vindue åbent døgnet rundt, for at være sikker på, at din kat kan komme ind og ud af huset. Eller om du er typen, der tager en trøje på, når du føler det for koldt eller skruer ekstra op for varmen, så du kan gå med bare fødder og shorts, mens det er –5 °C og stiv kuling udenfor.

»Som konstruktionsingeniør arbejder man med tolerancer, fordi man netop ved, at det er langt sværere at få en bolt til at passe i hul på byggepladsen, end det er i et computeprogram. Den tankegang synes jeg i høj grad, man bør implementere, når man regner på bygningers energiforbrug.«

Derudover ser jeg en del forhold i hele bygningsdesign- og byggeprocessen, som ikke hænger sammen rent energimæssigt. Beregninger af energibehovet for en bygning er typisk baseret på nogle lidt forsimplede forhold. Man antager, at isoleringen i væggen sidder præcis, hvor den skal, så der ikke opstår luftlommer, der nedsætter isoleringsevnen, tætningslister slutter til, som de skal, materialerne er uden defekter, osv. Som håndværker kan det faktisk være rigtig svært at indfri det resultat, som energirammen bygger på. Som konstruktionsingeniør arbejder man med tolerancer, fordi man netop ved, at det er langt sværere at få en bolt til at passe i hul på byggepladsen, end det er i et computerprogram. Den tankegang synes jeg i høj grad, man bør implementere, når man regner på bygningers energiforbrug.

6. Hvor meget betyder beboernes adfærd for bygningers energiforbrug og hvordan kan den håndteres bedre, når ingeniører beregner energiforbrug?
Der findes flere studier, der påpeger, at brugerne indflydelse kan betyde forskelle på det forventede og faktiske energiforbrug på op til 100 procent. Med så stor en variation, kan det virke besynderligt, at så godt som alle beregninger af bygningsenergiforbrug er baseret på, at brugerne agerer som ”robotter”, der lufter ud 10 min. hver morgen, middag og aften, og ellers åbner et vindue, når det bliver mere end 26 °C indenfor. Det er måske sat en smule på spidsen, men energiberegninger ligger generelt meget langt fra hvordan virkeligheden ser ud, når det kommer til, hvordan brugernes adfærd er. Nogle af mine kollegaer har af samme årsag også arbejdet med, hvordan man kan generere stokastiske brugerprofiler til bygningssimuleringsprogrammer som del af projektet CITIES (Centre for IT-Intelligent Energy Systems in cities) (læs mere her: https://www.proccs.org). Det er med til at give et mere nuanceret billede af, hvordan folk opfører sig i boliger.

7. Hvilken forandring forventer du at se i måden, vi forudsiger og dokumenterer energiforbrug i de kommende år?
Jeg tror, der kommer meget mere fokus på, at man både vil og skal dokumentere bygningers energiforbrug ud fra, hvordan de rent faktisk fungerer i den virkelige verden, i stedet for at vurdere det udelukkende ud fra beregninger og simuleringer, der er foretaget, før man har bygget eller renoveret en bygning.

»Jeg tror, der kommer meget mere fokus på, at man både vi og skal dokumentere bygningers energiforbrug ud fra, hvordan de rent faktisk fungerer i den virkelige verden...«

EU-direktiverne ligger til grund for vores bygningsreglement, så de vil bestemt have betydning for, hvordan det danske bygningsreglement ser ud. At bedømme ud fra de seneste ændringer i EU-direktiverne, ser det ud til, at der kommer mere og mere fokus på, at man skal kunne dokumentere bygningers reelle energiforbrug, udpege de særligt energiintensive bygninger, så de kan renoveres, samt at være i stand til at styre bygninger bedre, så vi udnytter så meget grøn energi, som muligt. Det er alle sammen emner, som vi arbejder med på Sektion for Dynamisk System på DTU Compute, og som REBUS også har været en del af.

Den stigende interesse for at kunne dokumentere det faktiske energiforbrug i bygninger vil betyde, at fx entreprenører snart vil begynde at garantere deres kunder den lovede energibesparelse. Og hvis kunden først vil have en dokumenteret energibesparelse, skal flere entreprenører, rådgivende ingeniørvirksomheder og arkitekter nok følge med. Særligt hvis der udrulles CO₂ afgifter på energi, som der meget aktuelt er tale om i dansk politik for tiden, kan man forstille sig, at kunderne meget gerne ønsker at få dokumenteret deres investering.

Læs mere om Christoffers Rasmussens forskning på DTU Orbit.

14. august 2020