Alternative design models for areal development - perspective of energy and eco-efficiency

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2012
Major/Subject
LVI-tekniikka
Mcode
Ene-58
Degree programme
Language
fi
Pages
115 + liitt. (+7)
Series
Abstract
The climate change and the transformation of the energy sector have resulted in an international effort to save energy in all sectors. Buildings and construction sector cause about 40 per cent of the energy end-use and carbon dioxide emissions. Due to this buildings have an essential role in preventing the climate change. The purpose of this research is to find the essential factors that impact on energy efficiency and carbon dioxide emissions of areal development. The other purpose of this study was to develop an energy and Eco efficiency evaluation model for areal development. The research was conducted using three different computer programs. The subject of the research was Skanska's areal development located in Härmälänranta Tampere. In addition to the Master plan, six alternative design models were formed. Areal diversity, building massing, energy production, demand side management and low-energy buildings were studied in perspective of energy and eco-efficiency and life cycle costs. According to the results total energy consumption can be significantly reduced through energy efficiency measures. Energy production systems can also reduce the total energy consumption, but the results will depend on efficiency, politically defined energy form factors as well as the renewable energy produced by distributed systems. The areal diversity and massing had smaller impact on reducing the total energy consumption. The demand side management systems slightly increased the total energy consumption due to the energy storage losses. According to the research carbon dioxide emissions caused by energy consumption could be reduced best by the energy production systems as well as the demand side management systems. The energy production systems influenced the amount of energy purchased from which carbon dioxide emissions were calculated. The demand side management systems prevented high carbon energy consumption peaks. According to the research areal diversity was the most profitable option in life-cycle analysis where low energy buildings, building massing as well as diversity were studied. The result must be viewed critically because areal diversity can't be considered itself as a factor that reduces life-cycle costs. Primarily the factors that influence the areal diversity are social factors. The changes in building massing were economically viable option. However low-energy buildings weren't economically viable option because energy cost savings didn't compensate additional investments made in the case. In the life-cycle analysis where energy production systems were studied, geothermal was the most profitable option after five years. Solar energy system was more profitable option than the base scenario after 24 years. The Demand side management systems weren't economically viable option because savings made with peak energy costs didn't compensate the energy storage investment, maintenance and operating costs.

Ilmastonmuutos ja energia-alan murros ovat johtaneet kansainvälisiin pyrkimyksiin vähentää energiankulutusta kaikilla sektoreilla. Rakennuskannalla on keskeinen rooli ilmastonmuutoksen ehkäisemisessä, sillä rakennusten ja rakentamisen sektori muodostaa Suomessa noin 40 % energianloppukäytöstä ja hiilidioksidipäästöistä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli löytää aluerakentamishankeen kannalta keskeiset tekijät, jotka vaikuttavat alueen energiatehokkuuteen ja hiilidioksidipäästöihin. Tutkimuksen toisena tavoitteena oli muodostaa tutkimusmalli aluerakennushankkeiden energia- ja ekotehokkuuden arviointia varten. Tutkimus suoritettiin hyödyntäen kolmea eri tietokoneohjelmaa. Tutkimuskohteena käytettiin Tampereella sijaitsevaa Skanskan Härmälänranta -hankeen toista vaihetta. Alueesta muodostettiin perustapauksen lisäksi kuusi vaihtoehtoista toteutusmallia, joissa alueen monimuotoisuuden, massoittelun, energiantuotantotavan, energian huipputehonleikkauksen ja matalaenergiarakentamisen vaikutuksia tutkittiin energian, ympäristön sekä elinkaaritalouden näkökulmasta. Tutkimustulosten perusteella kokonaisenergiankulutusta voidaan pienentää merkittävästi energiatehokkuustoimenpiteiden avulla. Energiatuotantojärjestelmillä on myös vaikutusta kokonaisenergiankulutukseen, mutta tulokseen vaikuttavat erityisesti energiantuotantojärjestelmän hyötysuhde, poliittisesti säädetyt energiamuotokertoimet sekä uusiutuvan omavaraisenergian tuotanto. Alueen monimuotoisuudella ja massoittelulla oli vähäisempi vaikutus kokonaisenergiakulutuksen pienentämiseen. Huipputehonleikkausmenetelmät kasvattivat kokonaisenergiankulutusta hieman, mikä johtui energian varastointihäviöistä. Tutkimuksessa alueen energiankulutuksesta aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä pystyttiin vähentämään parhaiten energiantuotantojärjestelmien sekä huipputehonleikkausmenetelmien avulla. Tutkimuksessa energiantuotantojärjestelmät vaikuttivat ostoenergiankulutukseen mistä hiilidioksidipäästöt laskettiin. Huipputehonleikkausmenetelmät ehkäisivät hiilidioksidipäästöiltään korkeiden energiankulutushuippujen muodostumista. Tutkimuksessa alueen monimuotoisuus muodostui kannattavimmaksi vaihtoehdoksi elinkaaritarkastelussa, missä käsiteltiin matalaenergiarakentamista, massoittelua sekä alueen monimuotoisuutta. Tulokseen on suhtauduttava kriittisesti, sillä alueen monimuotoisuutta ei voida itsessään pitää elinkaarikustannuksia pienentävänä tekijänä vaan toteuttamiseen vaikuttavat ensisijaisesti alueen sosiaaliset tekijät. Alueen massoittelussa tehdyt muutokset olivat elinkaaritaloudellisesti kannattava vaihtoehto. Sen sijaan matalaenergiarakentaminen ei muodostunut elinkaaritaloudelliseksi vaihtoehdoksi, sillä energiankustannussäästöt eivät kompensoineet matalaenergiarakentamisen lisäinvestointeja. Energiatuotantojärjestelmien elinkaaritarkastelussa maalämpö muodostui elinkaaritaloudellisesti kannattavimmaksi vaihtoehdoksi viiden vuoden jälkeen. Aurinkoenergiajärjestelmä muodostui perustapausta elinkaaritaloudellisemmaksi vaihtoehdoksi 24 vuoden kuluessa. Huipputehonleikkausmenetelmät eivät muodostuneet elinkaaritaloudellisesti kannattavaksi vaihtoehdoksi, sillä päästötehomaksuissa saavutetut kustannussäästöt eivät kompensoineet energiavarastojen investointi, huolto ja ylläpitokustannuksia.
Description
Supervisor
Sirén, Kai
Thesis advisor
Matilainen, Pellervo
Keywords
areal development, aluerakentaminen, energy efficiency, energiatehokkuus, demand side management, huipputehonleikkaus, energy profile, energiaprofiili
Other note
Citation