13 ‐05 ‐ 2015            Érika Mata, Energiteknik, Chalmers

Halvering av energiåtgången i bostadsektorn – vad krävs?

WP2 ‐ Effektivisering av befintlig byggnadsbestånd

Summary of the work

Tasks/ Steps Geographical scope

Building Stock (BS) description using representative buildings

SE_KASK NO NO_KASK

Technical potential energy savings and CO2emission reductions, for ESMs (10 individual+ 3 packages) 

SE_KASK NO_KASK

Costs of implementing the ESMs(Techno‐economic potentials; Market potentials)

SE_KASK NO_KASK

ValidationECCABS model

Quantification

Characterization

Segmentation

Energy efficiency assessment

Methodology for building‐stock aggregation

Modelling building retrofitting: Energy Saving Measures ESMs

VG

Ha

Building stock description of Swedish KASK

Residential (R) buildings• 303 sample buildings in this region• 2 Locations VG, Ha

Non‐Residential (NR) buildings• 112 archetypes • 14 types + 8 construction periods• 2 Locations VG, Ha

National dataset available

BS description down-scaled based on • Heated floor areas• Number of buildings/ dwellings• Share of carriers

Overall comparison (T, R, NR, Atemp, #bui/dw, )

+/- 20%

The existing building stock of KASK region in year 2010

0

10

20

30

40

50

60

Before 2005 2006 ‐ 2010 Before 2005 2006 ‐ 2010

SFD MFD

Total H

eated Floo

r Area (M

illion m2)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

Before 194

0

1941 ‐ 19

60

1961 ‐ 19

70

1971 ‐ 19

80

1981 ‐ 19

90

1991 ‐ 20

00

2001 ‐ 20

10

Data un

available

NR

Total H

eated Floo

r Area (M

illion m2)

VG

Ha

Figure. Heated floor areas in year 2010 per period of construction for residential (left) and non‐residential (NR) (right) buildings of Halland (Ha) and Västra Götaland (VG). SFD: Single Family Dwelling; MFD: Multi‐Family Dwelling.

Bostäder Lokaler

Energy use in year 2010

Final Energy by end‐use Västra Götaland Halland

SFD MFD NR SFD MFD NR

Space Heating 8.71 2.57 4.72 1.70 0.49 0.86Hot Water 0.79 0.53 0.68 0.16 0.10 0.13Electricity 1.39 0.94 3.18 0.27 0.18 0.59Total 10.89 4.04 8.72 2.13 0.77 1.60Final Energy by fuelsElectricity (all purposes) 4.84 1.15 3.55 0.99 0.22 0.66

Heating 3.46 0.21 0.37 0.72 0.04 0.59Non‐heating 1.39 0.94 3.18 0.99 0.22 0.66

Oil 0.10 0.08 0.17 0.02 0.00 0.03Gas 0.02 0.00 0.03 0.00 0.07 0.01Biomass 4.25 0.01 0.11 0.84 0.00 0.02Coal 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00District Heating 0.83 2.51 4.12 0.11 0.41 0.76Other 0.84 0.30 0.73 0.16 0.08 0.13Total 10.89 4.04 8.72 2.13 0.77 1.60

Table . Annual energy demand (TWh/yr) in year 2010 obtained in this work. SFD: Single Family Dwelling; MFD: Multi‐Family Dwelling; NR, total non‐residential buildings; All, total residential and non‐residential buildings. 

Bostäder Lokaler

Uppvärmningssätt

Energy use in year 2010

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0Ann

ual final ene

rgy de

man

d (TWh/yr)

Electricity

Hot Water

SpaceHeating

Figure. Annual final energy demand per end‐use (in TWh/yr) for the 14 building types of non‐residential buildings (Egestrand and Dahl, 2014). 

CO2 emissions in year 2010

Annual emissions (ktCO2e)

Västra Götaland HallandTotal

SFD MFD NR SFD MFD NR

Electricity (all) 71.9 17.0 52.7 14.7 3.2 9.7 169.3

(heating) 51.9 3.6 3.6 11.0 0.7 0.6 71.4

(non‐heating) 20.0 13.4 49.2 3.8 2.5 9.1 97.9

Oil 27.4 21.8 47.9 5.0 0.0 8.7 110.9

Gas 5.0 0.0 6.8 0.8 13.8 1.2 27.7

Biomass 42.5 0.1 1.1 8.4 0.0 0.2 52.4Coal 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0District Heating 57.8 175.8 288.5 7.6 28.4 52.9 611.0

Other 98.1 34.3 84.9 18.3 9.4 15.6 260.6Total 302.7 249.1 482.0 54.9 54.9 88.3 1231.8

Table . Annual CO2 emissions (ktCO2e) in year 2010, obtained from the simulations in this work. SFD: Single Family Dwelling; MFD: Multi‐Family Dwelling; NR, total non‐residential buildings; All, residential and non‐residential buildings; Total, Västra Götaland and Halland.

CO2 emissions in year 2010

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Before 200

5 (H

a)

Before 200

5 (VG)

2006 ‐ 20

10 (H

a)

2006 ‐ 20

10 (V

G)

Before 200

5 (H

a)

Before 200

5 (VG)

2006 ‐ 20

10 (H

a)

2006 ‐ 20

10 (V

G)

SFD MFD

Ann

ual C

O2 em

ission

s (tCO

2e/dwellin

g) 

0

5

10

15

20

25

30

35

Before 194

0 (H

a)

Before 194

0 (VG)

1941 ‐ 19

60 (H

a)

1941 ‐ 19

60 (V

G)

1961 ‐ 19

70 (H

a)

1961 ‐ 19

70 (V

G)

1971 ‐ 19

80 (H

a)

1971 ‐ 19

80 (V

G)

1981 ‐ 19

90 (H

a)

1981 ‐ 19

90 (V

G)

1991 ‐ 20

00 (H

a)

1991 ‐ 20

00 (V

G)

2001 ‐ 20

10 (H

a)

2001 ‐ 20

10 (V

G)

Data un

available (H

a)

Data un

available (VG)

NR

Ann

ual C

O2 em

ission

s (tCO

2e/premise)

DistrictHeatingBiomass

Gas

Oil

Electricity

Figure. Annual CO2 emissions by energy carrier  (tCO2e/dwelling or premise) for the  residential (above) and  non‐residential (below) buildings, per  construction periods resulting from this work. Ha, Halland; VG, Västra Götaland;.

Bostäder Lokaler

ESMs investigated

ESM Description

1 Change in U‐value of cellar/basement

2 Change in U‐value of facades

3 Change in U‐value of attics/roofs

4 Replacement of windows

5 Upgrade of ventilation systems with heat recovery

6 Reduction by 50% of power for lighting

7 Reduction by 50% of power for appliances

8 Reduction in power used for the production of hot water

9 Replacement of hydro pumps with more efficient ones

10 Lowering of indoor air temperature to 20  ⁰C

Package 1 Package envelope (ESMs 1 to 4)

Package 2 Package reduced electricity use LAP (ESMs 6+7)

Package 3 Package all ESMs

Technical potentials for reductions in Final Energy Consumption (FEC)

Figure. Technical potential reductions in final energy consumption (FEC, in TWh/yr) obtained in this work for the building sector of the Swedish KASK region, per subsector and county, for the different ECMs and packages investigated in this work. Ha, Halland; VG, Västra Götaland; R, residential; NR, non‐residential.

52% reduction

‐2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3

Individual ECMs Packages

Tech

nica

l pot

ential re

duction in FEC (T

Wh/yr)

Ha_NR

VG_NR

Ha_R

VG_R

52%

24%

16%

8%5%

Per carrier?

Reductions in FEC per region and subsector – Carriers

0

1

2

3

4

5

6

Tech

nica

l red

uction in FEC  (TW

h/yr)

Ha_NR

VG_NR

Ha_R

VG_R

Figure. Maximum technical potential reductions (i.e. for Package 3) in final energy consumption (FEC, in TWh/yr) obtained in this work for the building sector of the Swedish KASK region per energy carrier, for the different subsector and county investigated in this work. Ha, Halland; VG, Västra Götaland; R, residential; NR, non‐residential.

42% 53% 57% 66% 63% 53% reductions from 2010 consumptionper carrier

Technical potentials for CO2 emission reductions

Figure. Technical potential CO2emissions reductions (in KtCO2/yr) obtained in this work for the building sector of the Swedish KASK region, per subsector and county, for the different ECMs and packages investigated in this work. Ha, Halland; VG, VästraGötaland; R, residential; NR, non‐residential.

54% reduction

‐100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3

Individual ECMs Packages

Tech

nica

l pot

ential CO2 em

ission

s redu

ction

(ktC

O2e

/yea

r)

Ha_NR

VG_NR

Ha_R

VG_R

34%

13%

54%

3% 6%

8%

Increased CO2 emissions for the measures that reduce electricityuse, due to the induced increase in demand for space heating as less heat is released to the indoor air

Techno‐economical potentials

20% reduction

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3

Individual ECMs Packages

Tech

no‐eco

nomical pot

ential 

redu

ction in FEC (T

Wh/yr)

Ha_NR

VG_NR

Ha_R

VG_R1% 2%

8%

20% Figure.  Techno‐economical potential reductions in final energy consumption (FEC, in TWh/yr) obtained in this work for the building sector of the Swedish KASK region, per subsector and county, for the different ECMs and packages investigated. Ha, Halland; VG, Västra Götaland; R, residential; NR, non‐residential. The percentage reductions are given with respect to the FEC in year 2010, i.e. 28.1 TWh/yr in total for both subsectors and counties. 

Figure. Techno‐economical potential CO2 emissions reductions (in ktCO2e/yr)obtained in this work for the building sector of the Swedish KASK region, per subsector and county, for the different ECMs and packages investigated. Ha, Halland; VG, Västra Götaland; R, residential; NR, non‐residential. The percentage reductions are given with respect to the CO2 emissions in year 2010, i.e. 1401 ktCO2e /yr in total for both subsectors (residential and non‐residential) and counties (Västra Götalandand Halland).

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3

Individual ECMs Packages

Tech

no‐eco

nomical pot

ential CO2 

emission

s redu

ction(ktC

O2e

/yr)

Ha_NR

VG_NR

Ha_R

VG_R2%

6%

25%26%

1%

25% reduction

Figure. Technical, techno‐economical and market potential CO2 emissions reductions (in KtCO2/yr) obtained in this work for the building sector of the Swedish KASK region, per subsector and county. Ha, Halland; VG, Västra Götaland; R, residential; NR, non‐residential.

Summary of potentials Swedish KASK

Figure. Technical, techno‐economical and market potential reductions in FEC (in TWh/yr) obtained in this work for the building sector of the Swedish KASK region, per subsector and county. Ha, Halland; VG, Västra Götaland; R, residential; NR, non‐residential.

Substantially lower market potentials than the techno-economic potentials

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Technical Techno‐economic Market

Ann

ual p

oten

tial CO2 em

ission

s redu

ctions (k

tCO2e

/yr)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Technical Techno‐economic Market

Ann

ual p

oten

tial sav

ing in FEC 

(TWh/yr)

52%

20‐26%

2‐20%

54%

25‐31%

6‐20%

Conclusions

• Potentials for reductions in FEC and CO2 emission• Substantial technical potentials (50‐60%: ~15 TWh/y) • Some techno‐economic potentials (~20%)• Very small market potentials (~10%)

• Need for high quality data: regional statistics, integrated data management (Energy Performance Certificates, Lantmäteriet)

• Concern raised about the difficulty to monitor targets for energy saving and emission reductions in buildings

• Strong links with the stationary energy system (DSM measures for electricity and heat), transport and socio‐cultural values

• Need to analyse potentials for increased supply from distributed renewable energy sources 

References

References

Mata, É. ; and Frateily, U. (2014). Transforming the energy system in Västra Götalandand Halland ‐ the potential for energy savings and CO2 emissions reductions in the building sector, WP 2, Preliminary report.Mata, É. ; Frateily, U. ; Srivastava, A. K.  et al. (2014). Potentials for energy savings and CO2 emissions reductions in the residential building sector of the Norwegian KASK region, WP 2, Preliminary report.Egestrand M. and Dahl A., 2014. Regionalization of the energy‐efficiency potential of the Swedish building stock : case study for the KASK region, MSc Thesis, Energy Technology, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden.Mata, É. ; Srivastava, A. K. ; Fatnes, A. M. et al. (2014). Regionalization of buildings‐stock description as basis for evaluating energy conservation measures ‐ South East Norway and South West Sweden, World Sustainable Building 2014 Conference, Barcelona, Spain, October 27‐30, 2014. Kjärstad, J. ; Mata, É. ; Johnsson, F. (2013). Sustainable use of energy carriers in the Kattegat/Skagerrak‐region ‐ a regional case study, The 8th Conference on SustainableDevelopment of Energy, Water and Environment Systems, SDEWES Conference Dubrovnik, Croatia, September 22‐27, 2013. 

@CPL

Thanks for your attention!

Érika Mata

E-mail: mata@chalmers.seTelephone: 031 772 52 50