European climate conditions impact on detached house’s energy demand and efficiency

Abstract

Climate change has made energy efficiency and reduction of energy consumption an important topic currently. Justification for this study is the need to understand energy consumption and effects of different energy efficiency renovations in different climate conditions for defining most useful energy renovations. Understanding the effectiveness of different energy renovations is important for achieving European Union’s targets for highly energy efficient and decarbonized building stock by 2050. Research questions of the study is how different climate conditions influence the energy demand and performance of a detached single-family building and how different energy renovations influence the energy efficiency in simulated locations. Results of energy efficiency renovations are compared to energy saving amounts representing minor, moderate, deep and nZEB renovations. Locations chosen for the simulations are Sodankylä (Finland), Helsinki (Finland), Luxembourg and Barcelona (Spain).

Implementation of energy efficiency renovations including building envelope improvements, heating system renovation with ground-source heat pump (GSHP) and addition of renewable energy source with solar PV panels is done in simulations to study the impact and energy savings of different renovation methods. Combination of these renovation measures are also studied. Results showed significant energy efficiency increases across the renovation methods. Largest overall benefit for singular renovation was achieved with GSHP, which results ranged from 35% to 47% decrease in delivered energy. Solar PV panels achieved significant results in Barcelona with decrease of 40% delivered energy, while result in Sodankylä was only 9% decrease. Largest achieved decrease in delivered energy was with combination of all the studied renovation methods, which achieved decrease in delivered energy ranging from 64% to 78%. Studied scenarios produced different results in different climate conditions, which also produced differing renovation classifications. The results from this study indicate that the energy efficiency renovation classification is useful tool for accessing effectiveness of different energy efficiency renovations for building in specific conditions, but the classification system should not be used for accessing general benefit of different energy efficiency renovations.

Ilmastonmuutos on tehnyt energiatehokkuudesta ja energiankulutuksen vähentämisestä ajankohtaisen ja tärkeän aiheen. Perusteluna tälle tutkimukselle on tarve ymmärtää energiankulutusta ja erilaisten energiatehokkuuskorjausten vaikutuksia erilaisissa ilmasto-olosuhteissa hyödyllisimpien energiaremonttien määrittämiseksi. Erilaisten energiatehokkuuskorjauksien tehokkuuden ymmärtäminen on tärkeää, jotta saavutetaan Euroopan unionin tavoitteet erittäin energiatehokkaasta ja hiilidioksidipäästöttömästä rakennuskannasta vuoteen 2050 mennessä. Tutkimuskysymykset ovat, miten erilaiset ilmasto-olosuhteet vaikuttavat omakotitalon energiantarpeeseen ja suorituskykyyn ja miten erilaiset energiaremontit vaikuttavat energiatehokkuuteen simuloiduissa kohteissa. Energiatehokkuusremonttien tuloksia verrataan energiansäästömääriin, jotka edustavat pieniä, kohtalaisia, syviä ja nZEB-korjauksia. Simulaatioiden paikat ovat Sodankylä (Suomi), Helsinki (Suomi), Luxemburg ja Barcelona (Espanja).

Tutkitut energiatehokkuuskorjaukset ovat rakennuksen vaipan parannukset, lämmitysjärjestelmän vaihtaminen maalämpöpumppuun ja uusiutuvan energialähteen lisääminen aurinkopaneeleilla. Energiatehokkuuskorjauksien vaikutusta energiatehokkuuteen tutkitaan simulaatioilla. Myös näiden korjaustoimenpiteiden yhdistelmien vaikutuksia tutkitaan. Tulokset osoittivat merkittäviä energiatehokkuuden parannuksia kaikissa menetelmissä. Suurin kokonaishyöty yksittäisestä toimenpiteestä saavutettiin maalämpöpumpulla, joka laski toimitettua kokonaisenergiaa 35 % - 47 %. Aurinkosähköpaneeleilla saavutettiin Barcelonassa merkittävä 40 %:n lasku toimitetussa kokonaisenergiassa, kun taas Sodankylässä vastaava tulos oli vain 9 %. Kaikkien tutkittujen korjausrakentamismenetelmien yhdistelmällä saavutettiin 64 % - 78 % lasku toimitettuun energiaan. Skenaarioiden tulokset vaihtelivat erilaisissa ilmasto-olosuhteissa, mikä tuotti erilaisia energiatehokkuusluokituksia. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että energiatehokkuuskorjausluokittelu on hyödyllinen työkalu erilaisten rakennusten energiatehokkuuskorjausten tehokkuuden selvittämiseen tietyissä olosuhteissa, mutta luokitusjärjestelmää ei tule käyttää erilaisten energiatehokkuuskorjausten yleishyödyn arvioimiseen.