Zero energy renovation of single family houses

Abstract

There are 1.2 million single family houses in Norway constituting approximately 50 % of the total dwelling stock. The energy use related to Norwegian single family houses was 30 TWH in 2009. There is a potential of an annual saving of 8 TWh within 2020, if the building envelope of all single family houses built before 1990 are upgraded. When supplementing such an upgrade with installation of energy efficient ventilation and renewable energy production on site, the energy saving potential is even greater.

This research investigates if it is possible to renovate a single family house to become a zero energy building and at the same time fulfil requirements related to cost and improved home qualities. This is analysed doing a case study of houses built in the 1980s.

Two strategies for zero energy renovation of a single family house built in the 1980s are analysed. The Façade strategy includes upgrade of the thermal properties of the façade including walls, windows and doors, installation of ventilation with heat recovery and renewable energy production on site. The Ambitious strategy includes renovation of the whole building envelope to passive house performance, installation of ventilation with heat recovery and renewable energy production on site. The higher heating requirement for the Façade strategy is compensated with more renewable heat production. The more extensive Ambitious renovation results in higher lifecycle cost than the less extensive upgrade.

Norwegians spend huge sums of money on upgrading their homes. Upgrading kitchens and bathrooms are most common for single family houses built in the 1980s, and some of the houses are renovated. However, there is no correlation between the number of defects and the renovation status of the houses. Four categories of houses with common characteristics regarding technical condition and renovation status are identified:

a) The ‘as built’ houses have not been maintained, redecorated or renovated.

b) The ‘do-it-yourself’ houses have been redecorated and/or renovated by the homeowner and their social network, but may not be in a good technical condition.

c) The ‘aesthetic upgrade’ houses have been redecorated and the visual qualities are upgraded, but may not be in a good technical condition.

d) The ‘well-kept’ houses are maintained and renovated and are in a good technical condition.

For privately owned dwellings, the optimal sustainable renovation strategy can be identified using energy performance, lifecycle cost and home qualities as indicators. The optimal zero energy renovation strategy depends on the homeowner priorities for home improvement. The 'Aesthetic' innovators and the 'Well kept' homeowners are the ones likely to prefer the Ambitious strategy due to its social impacts on factors such as aesthetics and indoor comfort, while owners of 'Do it yourself' houses and the owners of 'Aesthetic' houses wanting to keep the qualities of their house, are most likely to prefer the Façade strategy. The owners of 'As built' houses do not renovate and leave a renovation backlog to future owners of the house.

Market success for zero energy renovation of dwellings depends on homeowners' priorities for improved home qualities. However, the homeowners face barriers such as lack of knowledge, lack of services and attractive products and bad advice from craftsmen when they want to carry out energy saving renovation measures. The homeowners that renovate and succeed in energy savings today are either conscious consumers or they have the required knowledge from their profession

Det er 1,2 millioner eneboliger i Norge, og eneboligene utgjør ca 50% av den totale boligmassen. I 2009 var energibruken knyttet til norske eneboliger 30 TWh. Dersom bygningskroppen til alle eneboliger bygget før 1990 blir oppgradert til dagens energistandard, kan dette resultere i årlig energisparing på 8 TWh. Denne energisparingen kan realiseres innen 2020. Installerer man i tillegg energieffektiv ventilasjon og utstyr for fornybar energiproduksjon, blir det årlige potensialet for energisparing betydelig større.

Tema for denne PhD avhandlingen er å undersøke om det er mulig å rehabilitere en eksisterende enebolig til å bli et nullenergi bygg, og samtidig oppfylle behov knyttet til kostnader og oppgraderte bolig kvaliteter. Dette er analysert ved hjelp av et case studie av eneboliger bygget på 1980-tallet.

To strategier for nullenergi rehabilitering av en enebolig bygget på 1980-taller er evaluert. Strategien "Facade" omfatter oppgradering av de termiske egenskapene til fasaden inklusive vegger, vinduer og dører, samt installasjon av ventilasjon med varmegjenvinning og utstyr for lokal fornybar energiproduksjon. Strategien "Ambitious" inkluderer rehabilitering av hele bygningskroppen til passivhusnivå, installasjon av ventilasjon med varmegjenvinning og utstyr for lokal fornybar energiproduksjon. For "Facade" strategien er det høyere varmetapet kompensert med mer fornybar varmeproduksjon på stedet. Den mer omfattende "Ambitious" oppgraderingen resulterer i høyere livsløpskostnader enn den mindre omfattende oppgraderingen, "Facade".

Nordmenn bruker enorme summer på å pusse opp og rehabilitere sine hjem. Rehabilitering av kjøkken og bad er mest vanlig for hus bygget på 1980-tallet, og mange av husene som ble bygd i denne perioden er også rehabilitert i større eller mindre grad. Det er imidlertid ingen sammenheng mellom antall tekniske feil og i hvor stor grad husene er rehabilitert og pusset opp. Fire kategorier av eneboliger er identifisert med felles kjennetegn hva angår teknisk tilstand og rehabiliterings status:

a) "As built" hus ikke har blitt vedlikeholdt, pusset opp eller rehabilitert

b) "Do it yourself" hus har blitt pusset opp og / eller rehabilitert av huseierne og deres sosiale nettverk, men husene trenger ikke å være i god teknisk stand.

c) "Aesthetic upgraded" hus har blitt pusset opp og de visuelle kvalitetene er oppgradert, men husene trenger ikke å være i god teknisk stand.

d) "Well kept" hus vedlikeholdes og rehabiliteres og er i god teknisk stand.

For privateide boliger, kan den optimale bærekraftige rehabiliterings strategien identifiseres ved hjelp indikatorer som omfatter energibehov, livsløpskostnader og bolig kvaliteter. Den optimale rehabiliterings strategien avhenger av huseierens prioriteringer når det gjelder hvilke boligkvaliteter som verdsettes. Estetiske innovatører og eiere av "well kept" eneboliger foretrekker sannsynligvis Ambitious strategien på grunn av de resulterende sosiale gevinstene slik som fornyede arkitektoniske kvaliteter og bedre komfort, mens eierne av "Do it yourself" hus og eierne av "Aesthetic upgraded" hus som ønsker å beholde de husets kvaliteter, vil mest sannsynlig å foretrekke "Facade" strategien.

Markedssuksess for nullenergi rehabilitering av eneboliger avhenger av huseierne sine prioriteringer når det gjelder forbedring av boligkvaliteter. Men huseiere møter barrierer som mangel på kunnskap, mangel på tjenester og attraktive produkter og mangelfull rådgivning fra håndverkere når de ønsker å gjennomføre energisparetiltak ved rehabilitering. Huseierne som lykkes med energisparetiltak i dag, er enten bevisste forbrukere, eller de har den nødvendige kunnskapen fra sitt yrke.