Heating energy consumption optimization of multifamily residential building sector of the city using energy model

Razumevanje energetskog ponašanja zgrada na nivou grada je neophodno da bi se formirala gradska politika energetskog planiranja i donele strateške odluke o tome koje zgrade je potrebno termički poboljšati. Energetsko modeliranje građevinskog fonda zgrada je metodologija koja procenjuje potrošnju energije u zgradama i simulira efekte poboljšanja energetske efikasnosti u njima. U disertaciji je razvijena nova metodologija inženjerskog bottom-up modeliranja potrošnje energije za grejanje višeporodičnog stambenog fonda grada. Metodologija se sastoji od: određivanja kriterijuma na osnovu kojih se definišu tipovi zgrada, kreiranja geo-baze podataka o zgradama, izbora uzorka realnih zgrada, modeliranja zgrada uzorka, normalizacije stvarne potrošnje energije za grejanje zgrada uzorka, simulacije energetskog ponašanja modela zgrada uzorka, računanja potrošnje energije za grejanje višeporodičnog stambenog građevinskog fonda grada i unosa izračunatih podataka u geo- bazu. Ova metoda se od već postojećih metoda razlikuje po svojoj detaljnosti i novinama koje su primenjene u određivanju kriterijumima na osnovu kojih se definišu tipovi zgrada i proračunu potrošnje energije za grejanje. Pri određivanju pomenutih kriterijuma, arhitektonsko-urbanistički kriterijum je dopunjen i definisani su novi kriterijumi. Proračun potrošnje energije za grejanje višeporodičnog stambenog građevinskog fonda koristi originalne koncepte, kao što su koeficijenti modifikacije i orijentacije, uz korišćenje kalibracije ciljanom potrošnjom simuliranih modela zgrada uzorka. Inženjerskom bottom-up metodom, koja je predstavljena u ovoj disertaciji, modelirana je potrošnja energije za grejanje višeporodičnog stambenog građevinskog fonda grada Kragujevca, izgrađenog do 2012. godine. Optimizacija potrošnje energije za grejanje poboljšavanjem termičkih omotača višeporodičnih stambenih zgrada izvršena je na tri hijerarhijska nivoa u gradu Kragujevcu i obuhvatala je simulaciju ugradnje termičke izolacije na spoljašnje zidove, ugradnje termičke izolacije na horizontalne međuspratne konstrukcije ka negrejanom prostoru podruma i ugradnje novih prozora. Najveća ušteda potrošnje energije za grejanje višeporodičnih stambenih zgrada posle pojedinačnog poboljšanja iznosi 22,8%, dok kombinacija poboljšanja dovodi do maksimalne uštede od 31,56%. Ušteda potrošnje energije za grejanje od 37,52% bila bi ostvarena kod slobodno stojećih zgrada izgrađenih u periodu 1961-1970. godine posle ugradnje termičke izolacije na spoljašnje zidove. Ušteda potrošnje energije za grejanje od 37,61% bila bi ostvarena kod solitera izgrađenih u periodu 1971-1980. godine posle ugradnje novih prozora.Understanding of the buildings energy performance at the city level is necessary in order to form a city energy planning policy and make a strategic decision on which buildings should be thermally improved. Energy modeling of the building sector is а methodology that estimates energy consumption in buildings and simulates the effects of their energy efficiency improvements. In this thesis, engineering bottom-up method was developed for modeling the heating energy consumption of a multi-family residential building sector of the city. It consists of: determination of the criteria based on which building types were defined, creation of the buildings geo-database, selection of the real sample buildings, modeling of the sample buildings, normalization of the sample buildings actual heating energy consumption, simulation of the sample building models heating energy consumption, calculation of the heating energy consumption of multi-family residential building sector of the city and importation of the calculated data into geo-database. This method is distinguished from existing methods by details and novelties used in the determination of the criteria based on which building types were defined and calculation of the heating energy consumption. In the determination of the mentioned criteria, architectural - urban criterion was supplemented and the new criteria were defined. Calculation of energy consumption for heating multi-family residential building sector uses original concepts, such as modification amd orientation coefficients, using calibration with targeted heating energy consumption of the simulated sample building models. Engineering bottom-up method, presented in this thesis, models heating energy consumption in multifamily residential building sector of the city of Kragujevac, built before 2012. Heating energy consumption optimization by improving the thermal envelope of multifamily residential buildings was performed on three hierarchical levels in the city of Kragujevac and consisted of the simulation of installation of thermal insulation on the external walls, installation of thermal insulation on floor construction above the unheated basement area and installation of new windows.The biggest reduction of heating energy consumption of multifamily residential buildings after the individual improvement is 22.8%, while maximum reduction after the combination of improvements is 31.56%. The reduction in heating energy consumption of 37.52% would be achieved in the free-standing buildings, constructed between 1961 and 1970, after the installation of thermal insulation on the external walls. The reduction in heating energy consumption of 37.61% would be achieved in the high-rise buildings, constructed in the period 1971-1980, after the installation of new windows