Thermal analysis of a renovation project: : Assessment of achieved improvement in energy performance

Zusammenfassung in deutscher SpracheEs ist allgemein bekannt, dass Gebäude derzeit für einen Großteil des Energieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen verantwortlich sind. Unter anderem deshalb wurden in den letzten Jahren die Bauvorschriften im Hinblick auf die Energieverbrauchsgrenzwerte von Gebäuden verschärft. Solche Vorschriften zielen in der Regel auf neue Gebäude ab. Angesichts der eher niedrigen Neubaurate muss aber auch der Gebäudebestand adressiert werden, um die Klimaziele zu erreichen und die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern. Dabei gilt vor allem die Gebäudesanierung als eine Lösung zur Senkung des Energiebedarfs und der Treibhausgasemissionen bestehender Gebäude.Aus technologischer Sicht wird die Gebäudesanierung als nicht übermäßig komplexe Tätigkeit angesehen: Üblicherweise wird entweder eine Dämmung von Bauteilen der Gebäudehülle durchgeführt, oder aber Bauteile, die die energetischen Anforderungen nicht zufriedenstellend erfüllen, werden ausgetauscht. Sowohl normative Berechnungen als auch dynamische Simulationen können verwendet werden, um die Auswirkungen von Sanierungsmaßnahmen auf verschiedene wichtige Leistungsaspekte von Gebäuden zu bewerten. Untersuchungen der Vergangenheit haben jedoch gezeigt, dass in vielen Fällen, Lücken zwischen der erwarteten (und berechneten) Leistung und der später tatsächlich messbaren Leistung von sanierten Gebäuden beobachtet werden können. Dieser sogenannte Performance Gap (Leistungslücke) wird vielfach als kritische Problematik gesehen und muss daher weiter untersucht werden. Letztlich stellt dies nämlich die energie- und kostenintensiven Sanierungsbemühungen zur Reduzierung des gebäudebezogenen Energieverbrauchs und der damit verbundenen Emissionen in Frage.Diese Masterarbeit präsentiert in diesem Kontext eine Case Study. Für ein Mehrfamilienhaus, dass vor Kurzem einer umfassenden Sanierung unterzogen wurde, werden die Energiekennzahlen der Wohneinheiten detailliert untersucht und auf eine Ablesbarkeit des Performance Gaps hin untersucht. Die Wohneinheiten des Gebäudes unterscheiden sich (naturgemäß) in Ausrichtung und Lage im Gebäude, der Anzahl der BewohnerInnen und deren Biografien. Um eine umfassende Studie über die thermisch-energetische Performance des Gebäudes und seiner Wohnungen durchführen zu können, wurden verschiedene Daten erhoben. Diese umfassen die Grundrisse im Originalzustand, die Gebäudesanierungsplanung, entsprechende Prüfberichte, und damit verbundene Energieeffizienzberechnungen sowie die Energierechnungen der BewohnerInnen. Basierend auf diesen Daten könnte ein Leistungsvergleich zwischen vor- und nach- der Sanierung durchgeführt werden, einschließlich eines Vergleichs zwischen dem tatsächlichen Energieverbrauch und der (ursprünglich) prognostizierten Leistung. Unterschiede zwischenerwarteter und tatsächlicher Leistung wurden analysiert und mögliche Gründe für diese Abweichungen untersucht. Beim vorliegenden Gebäude konnten in einigen Wohneinheiten signifikante Unterschiede zwischen geplanter/simulierter und erreichter Performance- Verbesserung vorgefunden werden, mit einer durchschnittlichen Abweichung von 51%, die bei den Ausreißern bei 12% bis 72% reicht.It is common knowledge that currently the built environment is responsible for a major share of both energy consumption and greenhouse gas emissions. Thus, in recent years the building regulations were tightened in view of energy consumption thresholds of buildings. Such regulations target new buildings and buildings yet to be designed, planned, and built. Given rather low new-building-rates, the building stock needs to be addressed as well to reach climate goals and mitigate the effects of climate change. Thereby, building retrofit is considered as a key activity for lowering energy demand and greenhouse gas emission of existing buildings.From a technological perspective, building retrofit is regarded as non-complex activity: Regularly, additional insulation on building envelope components and/or replacement of components that do not fulfill energy-saving requirements is conducted. Both normative calculation and dynamic simulation can be used to assess the impact of retrofit measures onto different key performance aspects of buildings. However, past studies showed that in many cases gaps between the expected (and calculated) performance and the monitored performance of buildings after retrofit can be observed. This so-called performance gap needs to be studied furtherly, as it severely questions the energy- and cost-intensive retrofit efforts that are conducted to reduce building-related energy consumptions and emissions.This thesis focusses on a pre- and post-retrofit comparison of the energy demand of a set of residential units in a multifamily residential house. The residential units differ in orientation and position in the building, the number of occupants and their biography. To be able to perform a comprehensive study of the performance of the building and its flats, different means of data were obtained. These encompass the building plans in the original state, the building retrofit planning and connected energy performance calculations as well as occupant’s energy bills of different years. Based on this data, a performance comparison between pre-retrofit and post-retrofit state could be carried out, including a comparison between monitored energy consumption and the projected performance (based on energy certificates and dynamic simulation). Differences between expected and monitored performance were analyzed and potential reasons for these deviations were examined.10