Evaluation of Energy Efficiency in Educational Buildings

Abstract

The facility strategy of the City of Espoo emphasises improvements in the energy efficiency and efficient use of buildings. This means i.e. improving space efficiency and increasing operating times. Increasing the use of facilities often increases energy consumption. For this reason, the targets i.e. energy savings and increased use of facilities may partly be contrary to each other if individual buildings are considered. In order to encourage relevant efficiency efforts, it is essential to know how to measure energy efficiency, especially in the building operational phase. The aim of this dissertation is to increase knowledge about the evaluation of energy efficiency in educational buildings. The dissertation studies three research questions. The first question provides an overall picture of energy consumption and assesses the factors that are used in evaluating measured energy. The second question explores ways in which building usage and occupancy influence the measured energy consumption and energy cost. The third question examines the ability of alternative indicators to function as comparative indicators in improving energy efficiency. The research was conducted by exploring the issues in existing educational building. The energy efficiency was examined in a statistical and multiple case study approach. The study started with a broad survey in order to generalize the results to a building stock and then, in the second phase, focused on qualitative case studies to collect detailed views from the building stock to help explain the initial quantitative survey. Results showed that the energy consumption of the studied buildings varied considerably regarding all studied factors when examining both building types and individual buildings. The variation cannot be explained only by the factors themselves. Results showed that energy efficiency can be measured by using alternative indicators and confirmed that different indicators make a different impact on results showing efficiency. The choice of indicators to use depends on the needs of the indicator user, as well as the situation and the objectives of the analysis. This dissertation suggests using a set of indicators. In the future, the assessment of the energy efficiency of the operational phase should include, beside physical characteristics, parameters describing building use such as occupant levels, operating times and space efficiency. In addition to technical measures, the City of Espoo can also optimise the need of spaces of daycare centres and schools. The dissertation suggests developing energy audits to take into account the energy efficiency perspective, not only the perspective of energy savings.

Espoon kaupungin toimitilastrategian keskeinen tavoite on tilojen käytön tehostaminen. Tilojen yhteiskäyttöä lisätään ja uudet sekä peruskorjattavat tilat suunnitellaan entistä monikäyttöisemmiksi. Käytön tehokkuuden kasvaessa usein energiankulutus kasvaa ja pitkät käyttöajat voivat "rankaista" energiatehokkuuden tunnuslukujen ja mittaamisen näkökulmasta. Mittari fyysisen rakennuksen vertailuun ei välttämättä sovellu rakennuksen käytönaikaiseen seurantaan, sillä se ei huomioi rakennuksen todellista käyttöä. Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena on lisätä ymmärrystä opetusrakennusten energiatehokkuuden arviointiin. Tutkimuksessa vastataan kolmeen tutkimuskysymykseen. Ensimmäinen tutkimuskysymys tarkastelee opetusrakennusten energiankulutuksen kokonaiskuvaa ja arvioi eri tekijöiden merkitystä siihen. Toinen tutkimuskysymys pyrkii selvittämään mikä on rakennuksen käytön merkitys energiatehokkuutta arvioitaessa. Kolmas tutkimuskysymys tarkastelee vaihtoehtoisten indikaattoreiden kykyä toimia vertailevina tunnuslukuina energiatehokkuuden parantamisessa. Väitöskirja on yhdistelmätutkimus, jossa käytetään sekä numeerista että laadullista aineistoa. Numeerinen aineisto koostuu tutkittujen kiinteistöjen toteutuneesta, mitatusta energiankulutus ja energiakustannus sekä käyttöön liittyvästä datasta, laadullinen aineisto puolestaan energiatodistuksista ja energiakatselmuksista. Lisäksi kahdeksan tapaustutkimuksen avulla arvioidaan valittujen energiatehokkuusindikaattoreiden käytettävyyttä. Tulosten perusteella tutkitun opetusrakennuskannan energiankulutus vaihtelee merkittävästi kaikkien tutkittujen tekijöiden suhteen sekä rakennustyyppien että yksittäisten rakennusten välillä tarkasteltuna. Tulosten mukaan tutkitut tekijät eivät yksinään selitä energiankulutuksen vaihtelua. Löydökset vahvistavat, että vaihtoehtoiset indikaattorit tuottavat erilaisia tuloksia energiatehokkuuden arvioimiseen ja soveltuvat erilaisiin käyttötarpeisiin. Tutkimuksessa annetaan ehdotus indikaattoreiden yhdistelmästä. Tutkimuksessa ehdotetaan, että opetusrakennusten käyttövaiheen energiatehokkuutta arvioitaessa näkökulmaa laajennetaan siten, että fyysisen ominaisuuden lisäksi huomioidaan keskeisiä rakennuksen käyttöä kuvaavia parametreja kuten käyttäjämääriä, käyttöaikoja ja tilatehokkuutta. Löydösten mukaan teknisten parannusten lisäksi Espoon kaupungilla on mahdollisuus optimoida päiväkotien ja koulujen tilankäyttöä. Jotta energiatehokkuutta parantavia toimenpiteitä voidaan tulevaisuudessa huomioida kokonaisvaltaisemmin, tulee nykyistä energiansäästöön tähtäävää energiakatselmustapaa kehittää.