Zero emission housing design Pr. Christophe MENEZO - PowerPoint PPT Presentation

Workshop ¡on ¡PotenQal ¡Technological ¡Developments ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡-­‑ ¡ ¡October ¡16-­‑17, ¡2013 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Zero ¡emission ¡housing ¡design ¡ ¡ Pr. ¡Christophe ¡MENEZO ¡ ¡ ¡ ¡ Solar ¡Group ¡-­‑ ¡CETHIL ¡UMR ¡CNRS ¡5008, ¡INSA ¡Lyon, ¡Université ¡Lyon ¡1, ¡Villeurbanne ¡ Chaire ¡INSA/EDF ¡“Habitats ¡and ¡Energy ¡InnovaQons”, ¡Villeurbanne ¡ ¡ christophe.menezo@insa-­‑lyon.fr ¡

CETHIL ¡– ¡Thermal ¡and ¡Energy ¡Science ¡Centre ¡ Extended field and scales length and temperature => Continuum Analysis of couplings Carbon ¡nanotubes ¡ Ice ¡slurry ¡(270K) ¡ => Complexity Diversity of application areas => Industry - Electronics Transport – Solar & Buildings Joint ¡Laboratory ¡CETHIL-­‑EDF ¡and ¡ Flam ¡(2000K) ¡ Solar ¡and ¡Net ¡zero ¡energy ¡Buildings ¡ ¡Chair ¡ ¡« ¡Habitats ¡and ¡Energy ¡Innova;ons ¡» ¡ Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

Solar ¡Group ¡: ¡Thermal ¡& ¡Photovoltaic ¡ ¡ ¡ Understand, ¡model ¡and ¡experimentaly ¡invesQgate ¡ ¡energy ¡transfer ¡in ¡solar ¡systems ¡ MULTISCALE ¡MODELLING ¡ ¡/ ¡EXPERIMENTS ¡ Analysis of energy Coupled phenomena Chimney effect and heat performance of solar systems in photovoltaic materials transfer (PV, PVT, T) in double-skin envelope full scale real conditions ¡ controlled ¡ Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ 3 ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

Chair ¡INSA-­‑EDF ¡ Habitats ¡and ¡Energy ¡InnovaQons ¡ Research ¡– ¡Training ¡– ¡Communica2on ¡ -­‑ Building ¡considered ¡as ¡an ¡energy ¡node ¡in ¡an ¡ Urban ¡environment ¡ ¡ -­‑ Integrated ¡energy ¡producQon ¡ ¡ -­‑ ValuaQon ¡and ¡opQmal ¡use ¡of ¡the ¡solar ¡ resource, ¡ ¡ ¡ -­‑ PV ¡system ¡operaQon ¡condiQons ¡and ¡impacts ¡ (thermal ¡effect, ¡mismatch, ¡aging, ¡failure), ¡ ¡ -­‑ OpQmal ¡energy ¡managment ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(power ¡consumpQon) ¡ ¡ Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ 4 ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

European ¡Union ¡ • poliJcal ¡& ¡economical ¡union ¡of ¡27 ¡countries ¡ • 0.5 ¡billion ¡market ¡consumers ¡(rather ¡high ¡standard) ¡ Total ¡energy ¡consumpQon, ¡final ¡electricity ¡ demand ¡and ¡GDP ¡growth ¡ ¡ 55 ¡000 ¡PetaJoules ¡ 10000PetaJ ¡ Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

Energy ¡seen ¡as ¡criJcal ¡factors ¡ Security ¡for ¡energy ¡supply ¡ • 50% ¡of ¡energy ¡demand ¡actually ¡imported ¡ ¡ • could ¡reach ¡70% ¡in ¡the ¡next ¡20-­‑30 ¡years ¡ • resources ¡depleJon ¡and ¡locaJon ¡ ¡ Environment ¡ • Global ¡warming ¡(IPCC) ¡ • resources ¡ ¡ Growth ¡ : ¡ “smart, ¡sustainable ¡and ¡inclusive” ¡(EC) ¡ Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

Overall ¡energy ¡target ¡ 2020 ¡target ¡“3 ¡x ¡20” ¡ Greenhouse ¡ -­‑ ¡20% ¡ gas ¡levels ¡ ¡ Energy ¡ ConsumpJon ¡ ¡ -­‑ ¡20% ¡ Renewables ¡in ¡ energy ¡mix ¡ + ¡20% ¡ Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

Energy ¡seen ¡as ¡criJcal ¡factors ¡ Building ¡seen ¡as ¡ • Currently ¡25 ¡billion ¡m2 ¡ ¡of ¡constructed ¡area ¡in ¡the ¡EU, ¡ ¡75% ¡residenJal ¡and ¡25% ¡a ¡mix ¡of ¡commercial, ¡industrial, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡healthcare, ¡educaJonal ¡and ¡other ¡types ¡of ¡buildings. ¡ ¡ • Main ¡sectors ¡primary ¡energy ¡consumpJon ¡(now ¡40% ¡and ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡most ¡during ¡the ¡operaJonal) ¡ ¡ • Even ¡new ¡buildings ¡are ¡far ¡from ¡being ¡all ¡energy ¡efficient ¡ • Replacement ¡rate ¡is ¡very ¡small ¡(1 ¡to ¡2 ¡% ¡per ¡year) ¡ • The ¡renovaJon ¡of ¡the ¡exisJng ¡stock ¡is ¡a ¡real ¡challenge ¡ ¡ Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

And ¡environnemental ¡stake ¡(climate) ¡ 2050 ¡target ¡of ¡80% ¡decarbonizaJon ¡overall ¡ 9 ¡/ ¡xx ¡ ¡

9 ¡ Buildings ¡Environmental ¡Footprint ¡(in ¡France) ¡ ~25% of green house gases (except emissions related to electricity) 24 Mtec en 1990 Distance between 28 Mtec en 1999 home /work place doubled in 20 years ~50 % of energy 5% for construction 45% during life ~15% of water Source Ademe ~50% of natural ~30 Mt/year resources Scrapped 90% without re-use > Household rubbish Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

Global ¡approach ¡is ¡required ¡ Energy ¡ efficiency ¡ in ¡ buildings ¡ should ¡ begin ¡ at ¡ the ¡ neighborhood ¡ or ¡ city ¡ planning ¡stage ¡ -­‑ Density ¡ ¡ -­‑ Transports ¡ 11 ¡/ ¡113 ¡ ¡ 11 ¡/ ¡xx ¡ ¡

Global ¡approach ¡is ¡required ¡ But ¡also ¡building ¡shape ¡is ¡key ¡factor ¡for ¡EE ¡ Shape ¡factor ¡variaJon ¡

Global ¡approach ¡ • EEB ¡should ¡begin ¡at ¡the ¡neighborhood ¡or ¡city ¡planning ¡ stage ¡ -­‑ Urban ¡climate ¡ Source ¡: ¡Ronald ¡L. ¡Sass, ¡Houston ¡ 13 ¡/ ¡113 ¡ ¡

Global ¡approach ¡ • EEB ¡should ¡begin ¡at ¡the ¡neighborhood ¡or ¡city ¡planning ¡ stage ¡ -­‑ Urban ¡climate ¡ Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

AT ¡BUILDING ¡SCALE ¡(in ¡France) ¡ 1 ¡ Heating Cooling Electricity Building ¡= ¡Hudge ¡energy ¡consummer ¡(45% ¡during ¡life ¡ ¡+ ¡5% ¡construcQon) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡= ¡25% ¡of ¡CO 2 ¡ ¡ emissions ¡ ¡ Factor ¡4 ¡reached ¡in ¡2050 ¡: ¡New ¡Building: ¡posiQve ¡energy ¡balance, ¡ ¡ 2020 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ExisQng ¡: ¡High ¡Energy ¡efficiency ¡ Tendencies ¡/ ¡needs ¡ Electricity ¡ 80 70 60 DHW ¡ 50 Energy ¡Mix ¡ ¡ Mtep 40 Renewable ¡Energies ¡ 30 20 Heat ¡ 10 0 1973 1979 1990 1999 chauffage ecs et cuisson elec spécifique 15 ¡ ConsumpQon ¡evoluQon ¡at ¡constant ¡building ¡area ¡ ¡(ref ¡1973) ¡

THE ¡MEANS ¡TO ¡REACH ¡THE ¡GOALS ¡... ¡ Need of political, sociological, technological, architectural cuts … 4 IntegraJon ¡of ¡R.En ¡at ¡a ¡large ¡scale ¡ (solar, ¡geothermal, ¡biomass, ¡wind ¡…) ¡ ¡ ¡ 4 Technological ¡ advances ¡ for ¡ insulaJon ¡ and ¡ equipment ¡ (HVAC, ¡ electrical ¡equipment) ¡ ¡ 4 Heat ¡& ¡Cooling ¡(inter-­‑seasonal) ¡storage, ¡recovery ¡and ¡control ¡ ¡ 4 Inhabitant ¡behaviour ¡Change ¡(Energy ¡uses) ¡ 4 Self ¡ConsumpJon ¡ (storage, ¡smart-­‑grid, ¡which ¡scale ¡? ¡Building, ¡block, ¡urban) ¡ Workshop ¡on ¡Poten;al ¡Technological ¡Developments ¡ ¡ ¡for ¡Zero ¡carbon ¡Buildings ¡ Hong-­‑Kong ¡ ¡ ¡ ¡2013 ¡-­‑ ¡October ¡16-­‑17 ¡

75% ¡REDUCTION ¡OF ¡CO 2 ¡EMISSION ¡by ¡2050 ¡? ¡ ¡ Heat ¡ To increase 200 ¡ efforts on heat 150 ¡ kWh/m2 ¡ needs ¡ ¡ 100 ¡ producQon ¡ 50 ¡ 0 ¡ Electricity ¡ 100 ¡ 80 ¡ kWh/m2 ¡ 60 ¡ Scale Change for 40 ¡ electricity 20 ¡ 0 ¡ Today ¡ step ¡1 ¡ 2050 ¡ Source ¡cstb ¡