Simulation Study on Energy Saving Potential of Spanish Buildings

Abstract

Achieving comfortable living conditions with minimal emissions is a major challenge in the building sector. In this thesis, the heating and cooling demand of buildings and also certain energy efficiency improvements are analyzed through dynamic simulations with Apros simulation software. Dynamic simulation tools are useful when developing new energy efficient solutions for buildings and larger energy systems.

Previously, Apros building models have been used mainly to study heating solutions in Finnish buildings and areas. However, the importance of cooling demand is expected to increase in the future mainly due to increased insulation requirements of buildings. The space cooling demand is already a significant source of emissions in hot regions such as Southern Spain. Typical heating and cooling systems used in Spanish buildings were reviewed as part of this thesis. One notable difference compared to Finland is the very low share of centrally heated apartments.

In this thesis, Apros building models were tuned to represent typical Spanish residential buildings. The thermal energy demand and different energy flows of the buildings were analysed. Based on the analysis, two potential low energy methods for cooling were identified: window shading and night ventilation. New Apros models were developed for shading and control of ventilation. According to the simulations, those methods could reduce cooling demand of Spanish buildings by 45–60% and 12–30% with respect to base scenario, respectively. Thus, design of such passive low energy methods may be essential when reaching for lower emissions of the building sector in Spain.

Mukavien asumisolosuhteiden saavuttaminen alhaisilla kasvihuonepäästöillä on keskeinen haaste rakennussektorilla. Tässä työssä tutkitaan rakennusten lämmitysja jäähdytystarvetta sekä erilaisia energiatehokkuusparannuksia dynaamisen simuloinnin keinoin Apros-simulaatio-ohjelmistolla. Dynaamisesta simuloinnista on hyötyä kehitettäessä uusia energiatehokkaita ratkaisuja rakennuksiin sekä laajempiin energiajärjestelmiin.

Aprosin rakennusmalleja on käytetty aiemmin pääasiassa erilaisten lämmitysratkaisujen tutkimiseen suomalaisissa rakennuksissa sekä alueilla. Toisaalta rakennusten jäähdytyksen tarpeen odotetaan kasvavan tulevaisuudessa maailmanlaajuisesti pääasiassa tiukkenevien eristysmääräysten vuoksi. Tilojen jäähdytys on jo nykyisin merkittävä energiankuluttaja esimerkiksi Etelä-Espanjan kuumilla alueilla. Tämän työn kirjallisuuskatsauksessa kerättiin tietoja espanjalaisten rakennusten lämmitysjärjestelmistä. Yhtenä merkittävänä eroavaisuutena verrattuna Suomeen voisi mainita esimerkiksi keskuslämmitettyjen rakennusten alhaisen osuuden.

Työn kokeellisessa osiossa Aprosin talomalleja muokattiin vastaamaan tyypillisiä espanjalaisia asuinrakennuksia eri vuosikausilta, sekä analysoitiin näiden rakennusten energiankulutusta sekä energiavirtoja. Analyysin pohjalta tunnistettiin kaksi potentiaalista energiatehokasta keinoa jäähdytystarpeen pienentämiseksi – ikkunoiden varjostus ja yöjäähdytys – sekä kehitettiin Apros-mallit kuvaamaan näitä. Simulointitulosten perusteella varjostuksen avulla voitaisiin pienentää espanjalaisten rakennusten jäähdytystarvetta 45–60%, kun taas yöjäähdytys voi pienentää jäähdytyksen energiankulutusta sekin 12–30%. Tulosten perusteella tämänkaltaisilla matalaenergiaratkaisuilla voi olla merkittävä rooli, kun rakennusten energiatehokkuutta pyritään parantamaan Espanjan kaltaisissa lämpimissä maissa.