Energy efficient optmization of multiple buildings
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2016-12-12
Department
Major/Subject
Energiatekniikka
Mcode
K3007
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
47+11
Series
Abstract
Energy efficiency and environmental impacts of buildings take a major part in decreasing emissions to achieve goals set in international climate agreements. Taking energy efficiency into account as early as in conceptual phase has a significant effect on the performance of a building. By choosing the optimal building shape and orien-tation, the energy consumption of the building can be reduced by one third. Building optimization is considered as a time-consuming process that requires a significant level of expertise. In this thesis, a simple optimization model using genetic algorithm was created for designers to review concepts with multiple buildings during the conceptual design phase. Number of buildings is fixed during the simulation, yet the model is easily modified to match the desired number of buildings on a chosen site. The model simulates energy consumption considering national building regulations and the respective location based weather data. Simulated buildings are integrated with façade photovoltaics as onsite production. As a solution, the model gives the sizes, shapes and orientations of the buildings for the setting with the smallest energy costs found in the time given for the simulation. The model developed in this thesis was tested in two different locations, Helsinki in Finland and Bucharest in Romania. Each location was tested with five different cases with varying constraints on window-to-wall ratio, amount of onsite production and number of buildings. Based on the results the model reacts to studied properties as expected and similarly than as other studies considering similar actions. Model used in this thesis accounts only for buildings consuming electricity and building systems were set to use electricity. Some features of the model were simplified, e.g. shadowing model, in respect to the resources allocated to the thesis. To review the full potential of the model, additional development on simplified features and alternative energy forms should be conductedEnergiatehokkuus ja rakennusten ympäristövaikutukset ovat suuressa osassa kansainvälisissä ilmastosopimuksissa asetettujen tavoitteiden saavuttamisessa ja päästöjen vähentämisessä. Energiatehokkuuden huomioiminen jo suunnittelun alkuvaiheessa parantaa rakennusten tehokkuutta huomattavasti. Rakennusten oikealla muodolla ja suuntauksella voidaan vähentää energiatarvetta jopa kolmanneksella. Rakennusten optimointia pidetään yleensä aikaa vievänä prosessina, joka vaatii huomattavan määrän erikoisosaamista. Tässä diplomityössä luotiin yksinkertainen geneettistä algoritmia hyödyntävä simulointimalli suunnittelijoiden käytettäväksi konsepti vaiheessa. Rakennusten määrä pysyy vakiona simuloinnin ajan, mutta rakennusten määrän voi muuttaa helposti mallia muokkaamalla. Malli simuloi rakennusten energiankulutusta kansallisten rakennusmääräysten ja paikkakohtaisen säätiedon perusteella. Mallin rakennuksien julkisivuun on integroitu aurinkopaneeleita tuottamaan paikallista energiaa. Ratkaisuna malli antaa rakennuksille koon, muodon ja suuntauksen pienimmän löydetyn energiakustannuksen perusteella annetussa ajassa. Mallia testattiin kahden paikan lähtöarvoilla: Helsingissä ja Bukarestissa. Kummassakin sijainnissa simuloitiin viisi eri tapausta vaihtelevilla rajoituksilla. Vaihtuvat rajoitteet koskivat ikkuna- ja seinäpinta-alan suhdetta, paikallisen tuotannon määrää ja rakennusten lukumäärää. Tulosten pohjalta malli reagoi vaihteleviin rajoituksiin odotuksien mukaisesti sekä samalla tavalla kuin muissa vastaavia ominaisuuksia käsittelevissä tutkimuksissa. Tässä työssä käytetty malli huomioi vain rakennusten sähkönkulutuksen ja rakennuksen järjestelmät on asetettu toimimaan sähköllä. Joitakin osioita, kuten varjostusmallia, jouduttiin yksinkertaistamaan työhön käytettävien resurssien puitteissa. Mallin täyden potentiaalin arvioiminen vaatisi yksinkertaistettujen osioiden tarkentamista sekä useampien energiavirtojen tarkastelun lisäämisen malliin.Description
Supervisor
Lahdelma, RistoThesis advisor
Jung, NusratKeywords
building optimization, genetic algorithm, energy efficiency, energy sharing, onsite energy production