Assessing energy efficiency potential in the building stock: Method for estimating the potential for improvements and their economic effects

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2015-12-18
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2015
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
53 + app. 48
Series
VTT Science, 117
Abstract
Buildings, representing more than a third of global energy consumption, have long remained one of the focal points for the efforts to increase energy efficiency. The residential sector in particular has had more energy-related policies put in place than any other sector in the IEA countries. Therefore, the question which policies will have the greatest effect over time is very relevant to the policymakers. The main objective of this thesis is to develop a method for calculating the en-ergy efficiency potential of the building stock and to assess the economic effects of the realization of the potential in terms of changes in GDP, employment and external costs. Even though the method is meant to be applicable to different building stocks, the Finnish building stock was mostly studied as the method was developed over time. Similar but more limited analysis was also conducted for a number of EU member states. During the course of the study, a calculation tool called REMA was developed based on the methods used. The purpose of REMA is to allow conducting similar analyses in the future with relative ease in a systematized way. REMA is a bottom-up engineering model of energy use in the building stock. Future developments are estimated using annual rates of new construction, renovations and removals from the building stock. The selected approach entails selecting representative building types, also called archetypes, for estimating the energy consumption in different segments of the building stock. The scenarios calculated concerning the Finnish case indicate that a few per-cent rise in annual construction and renovation investments can decrease total primary energy consumption 5–7% of the country by 2050 compared to a baseline scenario. On the short term a slight decrease in the level of GDP and employment is expected. On the medium to long term, however, the effects on both would be positive. Furthermore, a significant drop in harmful emissions and hence external costs is anticipated. Overall, a clear net benefit is expected from improving energy efficiency. For other EU countries studied, typically energy savings of about 20% were estimated to be achievable by 2030 with cost-effective renovation investments in the building stock analysed. Overall, major economically sound energy efficiency potentials were identified, but the realization of these potentials is rather slow due to the limited renewal rates present in building stocks.

Rakennukset edustavat noin kolmasosaa maailman energiankulutuksesta ja ovat siksi pitkään olleet yksi teollisuusmaiden keskeisimmistä energiatehokkuusparannusten kohteista. IEA:n jäsenmaissa erityisesti asuinrakennuksiin on menneinä vuosina kohdistettu enemmän julkisen vallan energiatehokkuustoimenpiteitä kuin millekään toiselle talouden sektorille. Näin ollen yhteiskunnallisen päätöksenteon kannalta keskeinen kysymys on, mitkä vaihtoehtoisista toimenpiteistä ovat pitkällä aikavälillä tehokkaimpia. Tässä väitöskirjassa päätavoitteena on kehittää menetelmä, jolla voidaan määrittää rakennuskannan energiatehokkuuspotentiaali ja arvioida sen taloudelliset vaikutukset BKT:hen, työllisyyteen ja ulkoiskustannuksiin. Menetelmä on tarkoitettu käytettäväksi erilaisten rakennuskantojen analysointiin. Menetelmän pohjalta tehtiin tutkimuksen kuluessa rakennuskannan energiamalli REMA, jolla samankaltaisia laskelmia voidaan tehdä systemaattisesti suhteellisen helposti. REMA on bottom-up-tyyppinen fysikaalinen rakennuskannan energialaskentamalli. Rakennuskannan tuleva kehityskulku arvioidaan uudisrakentamisen, korjausrakentamisen ja purkamisen vuosittaisten määrien perusteella. Energiankulutuslaskenta perustuu rakennuskannan merkittäviä osia edustavien tyyppirakennusten käytölle. Tässä väitöstutkimuksessa lasketut Suomea käsittelevät skenaariot osoittavat, että muutaman prosentin lisäys vuosittaisiin rakentamis- ja kunnostusinvestointeihin voi vähentää maan kokonaisprimäärienergiankulutusta 5–7 % vuoteen 2050 mennessä verrattuna perusuraan. Lyhyellä aikavälillä on odotettavissa lievä BKT:n ja työllisyyden pudotus, mutta keskipitkällä ja pitkällä aikavälillä vaikutukset molempiin ovat positiivisia. Lisäksi on odotettavissa huomattava haitallisten päästöjen ja siten ulkoiskustannusten pieneneminen. Kaikkiaan toimenpiteiden arvioidaan synnyttävän selkeän nettohyödyn. Muissa tutkituissa EU-maissa tavallisesti noin 20 %:n energiansäästö oli saavutettavissa tutkitussa rakennuskannassa kustannustehokkailla korjausrakentamistoimilla vuoteen 2030 mennessä. Tutkimuksessa tunnistettiin siis huomattavia taloudellisesti järkeviä energiatehokkuuspotentiaaleja, mutta niiden toteutumisen vauhti on varsin verkkainen, koska rakennuskanta uudistuu hitaasti.
Description
Supervising professor
Lahdelma, Risto, Prof., Aalto University, Department of Energy Technology, Finland
Thesis advisor
Tuomaala, Mari, Dr., Gasum Ltd., Finland
Keywords
energy efficiency, energy policy, energy economics, building stock, energiatehokkuus, energiapolitiikka, taloudelliset vaikutukset, rakennuskanta
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Pekka Tuominen, Riikka Holopainen, Lari Eskola, Juha Jokisalo, Miimu Airaksinen, 2014. Calculation method and tool for assessing energy consumption in the building stock. Building and Environment 75, pp. 153–160.
    DOI: 10.1016/j.buildenv.2014.02.001 View at publisher
  • [Publication 2]: Pekka Tuominen, Juha Forsström, Juha Honkatukia, 2013. Economic effects of energy efficiency improvements in the Finnish building stock. Energy Policy 52, pp. 181–189.
    DOI: 10.1016/j.enpol.2012.10.012 View at publisher
  • [Publication 3]: Pekka Tuominen, Krzysztof Klobut, Anne Tolman, Afi Adjei, Marjolein de Best-Waldhober, 2012. Energy savings potential in buildings and overcoming market barriers in member states of the European Union. Energy and Buildings 51, pp. 48–55.
    DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.04.015 View at publisher
  • [Publication 4]: Andreas Müller, Lukas Kranzl, Pekka Tuominen, Elisa Boelman, Marco Molinari, A.G. Entrop, 2011. Estimating exergy prices for energy carriers in heating systems: Country analyses of exergy substitution with capital expenditures. Energy and Buildings 43, pp. 3609–3617.
    DOI: 10.1016/j.enbuild.2011.09.034 View at publisher
  • [Publication 5]: Pekka Tuominen, Riikka Holopainen, Paula Ala-Kotila, Guanyu Cao, 2011. Low energy building market trends in Northern Europe. Proceedings of the International Heating, Ventilation and Air-Conditioning Conference, pp. 39–44, Tongji University, Shanghai, China; 6–9 November 2011.
Citation