1. Resumé
Regeringen har som langsigtet mål, at energiforsyningen skal være uafhængig af fossile brændsler i 2050. Eftersom bygninger står for ca. 35 % af det samlede energiforbrug i Danmark skal der stilles krav til fremtidens bygninger - eksisterende så vel som nye - om reduktion af energibehovet og fleksibilitet i energiefterspørgslen.
2. Samfundsudfordringer og/eller muligheder
Der er to væsentlige samfundsudfordringer relateret til bygninger i dag
- Reduktion af energiforbruget i eksisterende og nye bygninger for at kunne imødekomme en energiforsyning baseret på vedvarende energi.
- Opnå et effektivt sammenspillet mellem bygninger og energisystemet.
Energieffektive bygninger.
For at reducere omkostningerne til omstillingen af energiforsyningen til vedvarende energi, er det vigtigt at reducere energiforbruget. I forlængelse af FORSK2020 temaet ”Et samfund med grøn økonomi”, er området om fremtidens energiteknologier og systemer, som sigter mod at udvikle konkurrencedygtige, energieffektive og vedvarende energisystemer, der kan imødekomme fremtidens energibehov og miljøkrav, stadig yderst aktuelt.
Da ca. 35 pct. af det samlede energiforbrug bruges til opretholdelse af indeklimaet og produktion af varmt vand i bygninger skal der også ske en reduktion af energiforbruget i bygningerne. Dette omfatter i særdeleshed den eksisterende bygningsmasse, da ca. 80-85 pct. af de bygninger, der eksisterer i dag, forventes at være i brug i 2050. Der er derfor behov for en indsats i forhold til at udvikle teknologier og løsninger, der skaber grundlaget for omkostningseffektive reduktioner af energiforbruget i bygninger frem mod 2050.
En af de helt store drivere, som også nævnes i rapporten An OECD Horizon Scan of Megatrends and Technology Trends ind the Context of Future Research Policy, er, at der i 2040 vil være knap 1 mia. nye ”energiforbrugere” primært fra Kina, men også fra Indien, Korea og Rusland. Det vurderes, at boliger alene i 2040 vil udgøre det 3. største energiforbrug globalt set og selvom vedvarende energi vinder frem, særligt vindenergi, solenergi og bioenergi, så er fossile brændstoffer stadig den største energikilde, hvilket påvirker en anden driver, nemlig klimaforandringer jf. OECD rapporten.
Udfordringen er, at udvikle teknologier og løsninger, der sikrer, at energiforbruget i bygninger kan reduceres. Dette omfatter:
- Udvikling af teknologier til mere effektiv energiudnyttelse i bygninger. Dette omfatter eksempelvis udvikling eller tilpasning af teknologiske løsninger til genbrug af varme, nye isoleringsmaterialer, mere effektive bygningskomponenter mv.
- Udvikling af løsninger, processer eller værktøjer, der skaber grundlag for en reduktion af omkostninger til energieffektivisering af bygninger. Dette kan omfatte datadrevne metoder til identifikation af omkostningseffektive effektiviseringspotentialer, nye processer til energirenovering af bygninger baseret på datadreven innovation, IT, robotteknologi mv.
- Effektiv drift og styring af energiforbruget. Udvikling af metoder og teknologier til sikring af en energieffektiv drift af bygninger og herunder styring af energiforbrug. Dette kan eksempelvis omfatte IT-løsninger til indstilling af energiforsyningen i bygningen efter brugernes behov, identifikation af fejl eller uhensigtsmæssigheder i energiforsyningen i bygningen, udvikling af intuitive styringssystemer til bygninger mv. Det er i denne sammenhæng vigtigt at sikre en kobling til indeklimaet, således at energieffektivisering af bygningen ikke sker på bekostning af indeklima.
Bygninger som del af energisystemet.
Fremtidens energisystem vil være baseret på vedvarende energi. Det forventes, at vind- og solenergi vil udgøre vigtige komponenter af energiforsyningen. Disse energikilder er karakteriseret ved, at produktionen er underlagt fluktuationer, hvilket også stiller krav til bygningernes fleksibilitet. Der skal således være mulighed for, at bygningerne spiller aktivt sammen med energiforsyningen, således at bygninger enten kan fungere som lager for energi og/eller, at energiforbruget i bygninger kan tilpasses svingninger i forsyningen. Dette indebærer, at fremtidens bygninger skal betragtes som aktive komponenter i energisystemet, hvor energistrømmene til og fra bygningen inden for visse rammer kan styres.
Udfordringen er at sikre, at energiforbruget i bygninger kan tilpasses det fremtidige energisystem, der forventeligt vil have betydelige energiinput af sol og vind, der er underkastet fluktuationer. Dette omfatter bl.a:
- Fremme af fleksibelt energiforbrug. Der er behov for udvikling af løsninger, der giver mulighed for dels at maksimere fleksibiliteten i energiforbruget i bygninger, og dels at aktivere dette forbrug i energimarkedet. Dette omfatter bl.a. udvikling af teknologier og metoder til energirenovering af bygninger, der maksimerer potentialet for fleksibelt forbrug, metoder og teknologier til styring af energiforbruget i bygninger, metoder til beregning af potentialet for fleksibelt forbrug, integration af vedvarende energiløsninger i bygninger mv. I sammenhæng hermed skal der udvikles modeller for inddragelsen af det fleksible forbrug i energimarkederne med henblik på en omkostningseffektiv udnyttelse af fleksibiliteten.
Udviklingen i forhold til fleksibelt energiforbrug skal ses i sammenhæng med udviklingen af ”Smart Grid” mv., der går ud på at udnytte data, IT og datakommunikation til sikring af effektivitet i det samlede energisystem.
3. Forskningsbehov
For at imødekomme de samfundsmæssige udfordringer relateret hertil vil der fremadrettet være et forskningsbehov for blandt andet følgende:
Energieffektive bygninger
Der er et behov for at få en større forståelse for hvorfor energiforbruget ikke bliver reduceret i de eksisterende bygninger. Hvad er det, som afholder folk/virksomheder fra at energirenovere? Hvad er det for nogle drivere der skal til for at få folk/virksomheder til at energirenovere? Hvorfor bruger folk
mere energi end beregnet i energirenoverede byggeri/nybyggeri? Hvad betyder adfærd og indeklima for bygningers energiforbrug? Hvilken tekniske løsninger skal udvikles for at understøtte reduktionen af energiforbruget i eksisterende bygninger?
Meget af den forskning/udvikling der er foretaget har været med nybyggeri i fokus og den anvendelsesorienterede del har ligeledes været nedprioriteret. For at hjælpe byggebranchen og får løst de samfundsmæssige udfordringer med at reducere energiforbruget, kræver det et overordnet fokus på eksisterende byggeri og dybde gående forståelse af hvordan byggebranchen fungerer for at få implementeret løsningerne på en praktisk og anvendelig måde. Dette skal så også gøres i sammenspil med energisystemet.
Bygninger som del af energisystemet
Hidtil er bygninger og energisystemet ofte blevet betragtet som to separate systemer, men på grund af bygningernes store andel af det samlede energiforbrug er det nødvendigt at tænke de to systemer sammen. Hvor stor potentiale er der f.eks. i at bruge bygningerne som buffer/lagring for vedvarende energi? Hvordan bruges bygningerne mest optimal til lagring af energi? Er det enkelte bygninger eller større områder med flere bygninger der skal være et system ud mod energisystemet? Hvad er omkostningerne ved energibesparelser i bygningen og produktion af vedvarende energi, i dag og i fremtidens energisystem? Skal bygninger producerer vedvarende energi? Hvad er konsekvensen af at bygninger inden for få år selv kan lagre elektricitet vha. batterier? Skal der udvikles og anvendes forskellige teknologier afhængig af bygningstype, alder, placering og energiforsyning?
Der mangler stadigvæk masser af forskning på dette område og udvikling af egentlige løsninger som skal afprøves i praksis.
4. Forhold vedrørende udmøntning og implementering af forskningsindsatsen
Det anses som vigtigt, at udmøntningen og implementeringen af forskningsindsatsen foregår i meget tæt samarbejde med virksomhederne – enten i partnerskaber med vidensinstitutioner eller f.eks. via Innovationsnetværket InnoBYG. Det er dog vigtigt, at forskningen bliver udmøntet som et praksisnært initiativ i tæt samarbejde med både energibranchen og byggebranchen (virksomheder og brancheorganisationer) for at sikre relevans og ikke mindst en hurtig vidensoverførelse fra videninstitutioner til virksomhederne, men også fra virksomhederne til videninstitutionerne.
ErhvervsPhD ordningen vil ligeledes være en fornuftig måde at implementere forskningsindsatsen for at sikre en forståelse og en relevans for temaet.
Problemstilling er tvær-disciplinær og udfordringerne går på tværs af Europa og international. De forskellige brancher har store økonomiske interesser i de fremtidige løsninger. På sigt skal forskningsresultaterne også anvendes til at lave en effektiv dansk og international regulering og standardisering af samspillet mellem bygning og energiforsyning.
Forskningsindsatsen lægger sig også op af Horizon 2020 programmet om Energi – og relaterer sig til alle tre hovedområder, særligt energieffektivisering, udvikling af næste generation af vedvarende energi, samt fremme af intelligente løsninger med integration af energi og IKT. Det vil desuden være gavnligt at lave internationale partnerskaber via netop Horizon 2020 – for at sikre en vidensdelingen imellem lande der også arbejde på disse udfordringer – og eventuelt er nået længere på nogle af delområderne.
5. Danske forudsætninger
Den danske byggebranche og energiforsyningsselskaberne har allerede stor opmærksomhed på området og Danmark er i forhold til andre lande langt fremme både med energieffektivisering af bygninger og med omstilling af energiforsyningen til vedvarende energi. Forskningen om integration af energieffektive bygninger i det samlede energisystem vil kunne fastholde og udbygge denne førerposition til gavn for både eksport og beskæftigelse.
Videninstitutioner som Teknologisk Institut, AAU, SBi, DTU, Arkitektskolerne samt professionshøjskolerne har alle et fokus på at udvikle byggeriet i samarbejde med byggeriets virksomheder. Mange af disse videninstitutioner er samlet i Innovationsnetværket InnoBYG som konsortiepartnere og arbejder sammen med mange brancheorganisationer og virksomheder i Danmark, som repræsenterer størstedelen af den samlede danske byggebranche. Her er via støtte fra Forskning og Innovationsstyrelsen, skabt en platform for at kunne påvirke innovationsniveauet i den danske byggebranche. Via InnoBYG kan der rækkes ud til tilsvarende netværk i EU og uden for EU for at sikre, at vidensniveauet forbliver højt.
6. Mål, effekt og perspektiver
Det forventes, at en styrket forskningsindsats for bygninger som en del af energisystemet – vil medføre flere arbejdspladser i bygge- og energibranchen som en del af en øget eksport af kombinerede løsninger til andre lande. Ligeledes vil indsatsen kunne klargøre Danmark til en fossilfri energiforsyning – hvor systemerne (bygge og energi) snakker med hinanden i stedet for at, i værste fald, at modarbejde hinanden. Dette vil medføre et bedre miljø både for menneskerne inde i bygningerne og for det omkringliggende miljø.
7. Kontaktperson
Kasper Lynge Jensen, netværksleder i InnoBYG, innobyg@teknologisk.dk, 72 20 16 64