Ενεργειακή αξιολόγηση πανεπιστημιακών κτηρίων

Τσαντίλη, Αγγελική; Tsantili, Angeliki

dc.contributor.author	Τσαντίλη, Αγγελική	el
dc.contributor.author	Tsantili, Angeliki	en
dc.date.accessioned	2023-01-20T09:15:16Z
dc.date.available	2023-01-20T09:15:16Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56792
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24490
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείριση Ενέργειας”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ενεργειακή απόδοση	el
dc.subject	Πολυκριτήρια Ανάλυση	el
dc.subject	Εξοικονόμηση Ενέργειας	el
dc.subject	Κατανάλωση ενέργειας	el
dc.subject	Βιοκλιματικός σχεδιασμός	el
dc.subject	Energy consumption	en
dc.subject	Multicriteria Analysis	en
dc.subject	Energy saving	en
dc.subject	Energy efficiency	en
dc.subject	Bioclimatic architecture	en
dc.title	Ενεργειακή αξιολόγηση πανεπιστημιακών κτηρίων	el
dc.title	Energy Assessment of University Buildings	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Ενέργεια	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-27
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, όλο και περισσότερες χώρες παγκοσμίως λαμβάνουν μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας αφού κατανοούν τα περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη που προκύπτουν από αυτά. Ιδίως για τον κτηριακό τομέα, στον οποίο καταναλώνεται το μεγαλύτερο ποσοστό της ενέργειας που παράγεται, η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει θεσπίσει και εφαρμόζει επιτυχώς οδηγίες και κανονισμούς βελτίωσης της ενεργειακής αποδοτικότητας και επομένως μείωσης των αερίων του θερμοκηπίου. Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η ενεργειακή αξιολόγηση ενός Πανεπιστημιακού Κτηρίου στις τέσσερεις κλιματικές ζώνες της Ελλάδας, προτείνοντας παράλληλα διάφορα σενάρια εξοικονόμησης ενέργειας και παρουσιάζοντας τα οικονομοτεχνικά χαρακτηριστικά τους. Οι επεμβάσεις που μελετήθηκαν αφορούσαν την ενίσχυση της θερμομονωτικής επάρκειας του κτηρίου, την προσθήκη σκίαστρων στα παράθυρα, την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών συστημάτων αλλά και την αντικατάσταση των συστημάτων θέρμανσης και ψύξης. Προκειμένου να προσδιοριστούν οι καλύτεροι συνδυασμοί επεμβάσεων, κρίθηκε απαραίτητη η προσομοίωση του κτηρίου με κάποια λογισμικά ώστε να αξιολογηθεί η ενεργειακή του συμπεριφορά σε διαφορετικές συνθήκες. Τα λογισμικά που χρησιμοποιήθηκαν ήταν το ΤΕΕ ΚΕΝΑΚ αλλά και το Autodesk Revit μαζί με το Autodesk Insight και το Green Building Studio. Έχοντας τα αποτελέσματα της ενεργειακής κατάταξης του κτηρίου και την οικονομοτεχνική ανάλυση των επεμβάσεων που μελετήθηκαν για τις τέσσερεις διαφορετικές πόλεις της Ελλάδας (Χανιά - Ζώνη Α, Αθήνα - Ζώνη Β, Θεσσαλονίκη - Ζώνη Γ, Καστοριά - Ζώνη Δ) γίνεται χρήση μεθόδων Πολυκριτήριας Ανάλυσης ώστε να καταλήξουμε στις βέλτιστες επεμβάσεις για κάθε περίπτωση. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζονται κάποια στατιστικά στοιχεία σχετικά με τις ενεργειακές καταναλώσεις ανά τομέα στην Ευρώπη αλλά και της αξιοποίησης ανανεώσιμων πηγών ενεργείας ανά χώρα. Στη συνέχεια, δίνονται οι ορισμοί των Κτηρίων Σχεδόν Μηδενικής Ενεργειακής Κατανάλωσης και του Βιοκλιματικού σχεδιασμού καθώς και κάποιες από τις πρακτικές που ακολουθούν και οδηγούν στην απεξάρτηση από συμβατικές πηγές ενέργειας και στη μείωση των παραγόμενων ρύπων. Επίσης παρουσιάζονται κάποια γενικά στοιχεία του κτηρίου που μελετάται καθώς και ο τρόπος με τον οποίο καθορίστηκαν οι θερμικές ζώνες σε αυτό, δείχνοντας ταυτόχρονα τις κατόψεις του. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στην έννοιά της Πολυκριτήριας Ανάλυσης επεξηγώντας τη σημασία της στην επίλυση πολύπλοκων και σημαντικών προβλημάτων λήψης αποφάσεων. Αρχικά, γίνεται ανάλυση της μεθόδου AHP (Analytic Hierarchy Process) η οποία χρησιμοποιείται προκειμένου να αποδοθούν τα κατάλληλα βάρη στο σύνολο των κριτηρίων που έχουν επιλεχθεί. Βασιζομένη σε δυαδικές συγκρίσεις μεταξύ των κριτηρίων, τους αποδίδει βάρη ανάλογα με τον βαθμό σημαντικότητάς τους. Στη συνέχεια, γίνεται ανάλυση των μεθόδων υπεροχής PROMETHEE (Preference Ranking Organization METHod for Enrichment Evaluations) και επεξηγούνται λεπτομερώς τα βήματα τα οποία ακολουθούνται ώστε να γίνει η κατάταξη των σεναρίων. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο λογισμικό ΤΕΕ ΚΕΝΑΚ το οποίο χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό ενεργειακής απόδοσης και ενεργειακής κατάταξη του Πανεπιστημιακού Κτηρίου στην παρούσα κατάσταση αλλά και μετά τις επεμβάσεις που έγιναν (δηλαδή για όλα τα σενάρια που μελετήθηκαν) στις τέσσερεις κλιματικές ζώνες της Ελλάδας. Ακόμη, γίνεται οικονομοτεχνική ανάλυση των σεναρίων που μελετήθηκαν και στη συνέχεια σύγκριση των καταναλώσεων, της ενεργειακής κατάταξης, του λειτουργικού και αρχικού κόστους, της περιόδου αποπληρωμής και των εκπομπών CO2 των επεμβάσεών για κάθε κλιματική ζώνη. Τέλος, χρησιμοποιώντας τις μεθόδους Πολυκριτήριας Ανάλυσης AHP και PROMETHEE κατατάσσονται και επιλέγονται τα βέλτιστα σενάρια για κάθε περίπτωση. Αξίζει να αναφερθεί ότι τα σενάρια που μελετώνται είναι τα παρακάτω: α) Προσθήκη Φωτοβολταϊκών Πλαισίων β) Σκίαση αδιαφανών επιφανειών με σταθερά εξωτερικά σκιάστρα γ) Αντικατάσταση κουφωμάτων - Θερμομόνωση - Προσθήκη Φωτοβολταϊκών Πλαισίων δ) Προσθήκη αυτοματισμών ε) Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας για Θέρμανση και Ψύξη - Προσθήκη Φωτοβολταϊκών Πλαισίων στ) Τριπαραγωγή - Προσθήκη Φωτοβολταϊκών Πλαισίων ζ) Λέβητας Βιομάζας για Θέρμανση - Προσθήκη Φωτοβολταϊκών Πλαισίων Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο λογισμικό Autodesk Revit το οποίο χρησιμοποιείται για την ανάλυση των θερμικών και ψυκτικών φορτίων του Πανεπιστημιακού Κτηρίου. Το Autodesk Revit είναι ένα πρόγραμμα BIM (Building Information Modeling) το οποίο δίνει τη δυνατότητα της ψηφιακής αναπαράστασης όλων των φυσικών και λειτουργικών στοιχείων ενός κτηρίου. Αρχικά, περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο καθοριζουμε τα θερμικά χαρακτηριστικά του κελύφους του κτιρίου, τη χρήση των χώρων και τη τοποθεσία και στη συνέχεια παρουσιάζονται τα ανεμολογικά δεδομένα και τα στοιχεία ηλιασμού και σκίασης που προσφέρονται από το λογισμικό για την καλύτερη αναπαράσταση και κατανόηση των πραγματικών συνθηκών που επικρατούν στις πόλεις που μελετώνται. Τέλος, παρουσιάζονται για κάθε κλιματική ζώνη τα αποτελέσματα της ανάλυσης ψύξης και θέρμανσης από το λογισμικό. Στο πέμπτο κεφάλαιο πραγματοποιείται η μελέτη προσομοίωσης της ενεργειακής συμπεριφοράς του Πανεπιστημιακού Κτηρίου έχοντας ως εργαλεία το Autodesk Insight και το Green Building Studio. Χρησιμοποιώντας τους κτηριακούς όγκους και τα λεπτομερή στοιχεία του κτηρίου έτσι όπως έχουν σχεδιαστεί στο Autodesk Revit, τα λογισμικά κάνουν ενεργειακή αξιολόγηση της υφιστάμενης κατάστασης του κτιρίου αλλά και των εναλλακτικών σεναρίων που προτείνονται για τη βελτιστοποίηση της ενεργειακής του κατανάλωσης. Ακολούθως, γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων των ετήσιων ενεργειακών καταναλώσεων, του κόστους κατανάλωσης ενέργειας και των εκπομπών CO2 των επεμβάσεών για κάθε κλιματική ζώνη. Τέλος, χρησιμοποιώντας τις μεθόδους Πολυκριτήριας Ανάλυσης AHP και PROMETHEE κατατάσσονται και επιλέγονται τα βέλτιστα σενάρια για κάθε περίπτωση. Αναφορικά με τα σενάρια που μελετώνται, αυτά περιλαμβάνουν διαφορετικές προτάσεις ηλεκτρομηχανολογικών συστημάτων (HVAC συστήματα που εμπεριέχονται στις βιβλιοθήκες των λογισμικών της Autodesk) και την προσθήκη φωτοβολταϊκών πάνελ. Πιο συγκεκριμένα οι συνδυασμοί που εξετάζονται είναι οι εξής: α) Χρήση της ASHRAE Heat Pump για ψύξη και θέρμανση των χώρων, προσθήκη φωτοβολταϊκών πάνελ και ενίσχυση θερμομόνωσης της οροφής του κτηρίου β) Χρήση της High Efficiency Heat Pump για ψύξη και θέρμανση των χώρων και προσθήκη φωτοβολταϊκών πάνελ γ) Χρήση του συστήματος High Efficiency VAV για ψύξη και θέρμανση των χώρων και προσθήκη φωτοβολταϊκών πάνελ δ) Χρήση του συστήματος ASHRAE Terminal Package Heat Pump για ψύξη και θέρμανση των χώρων και προσθήκη φωτοβολταϊκών πάνελ Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο γίνεται ανασκόπηση των όσων μελετήθηκαν και παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα.	el
heal.abstract	In recent years, more and more countries worldwide are taking energy-saving measures since they understand the environmental and economic benefits of these actions. Especially for the building sector, which consumes the largest percentage of the energy produced, the European Union has adopted and successfully implemented directives and regulations to improve energy efficiency and therefore reduce the production of greenhouse gases. The purpose of this thesis is the energy evaluation of a University Building in the four climatic zones of Greece, while proposing various energy saving scenarios and presenting their economic and technical characteristics. The interventions studied concerned the strengthening of the thermal insulation adequacy of the building, the addition of sunshades to the windows, the installation of photovoltaic systems and the replacement of heating and cooling systems. In order to determine the best combinations of interventions, it was considered necessary to simulate the building with some software in order to evaluate its energy behavior in different conditions. The software used was TEE KENAK as well as Autodesk Revit along with Autodesk Insight and Green Building Studio. Having the results of the energy classification of the building and the financial and technical analysis of the interventions studied for the four different cities of Greece (Chania - Zone A, Athens - Zone B, Thessaloniki - Zone C, Kastoria - Zone D), multicriteria analysis methods are used to approach the best interventions for each case. The first chapter of the paper presents some statistics on energy consumption in different sectors in Europe and on the utilization of renewable energy sources per country. Then, the definitions of Nearly Zero Energy Buildings and Bioclimatic Architecture are given, as well as some of the strategies followed in order to be independed from conventional energy sources and reduce the pollution. Then some general information of the building is presented as well as how the thermal zones were determined, while its floor plans are shown. In the second chapter there is an introduction to the concept of Multicriteria Analysis, explaining its importance in solving complex, decision-making, problems. Initially, the AHP (Analytic Hierarchy Process) method is analyzed. Based on binary comparisons, AHP method assigns the appropriate weights to a set of criteria, according to their degree of importance. Then, the PROMETHEE method is analyzed as well as the steps followed to rank the scenarios. In the third chapter, the software TEE KENAK is presented. It is used to calculate the energy efficiency of the University Building in its current state along with the different scenarios studied in the four climate zones of Greece. In addition, an economic analysis of the scenarios is carried out and then a comparison of the consumptions, the energy classification, the operational and initial costs, the payback period and the CO2 emissions of the interventions for each climate zone. Finally, using the AHP and PROMETHEE Multicriteria Analysis methods, the scenarios are ranked in order to choose the best one for each case. It is worth noting that the scenarios studied are the following: a) Addition of Photovoltaic Panels b) Shading opaque surfaces with fixed external shaders c) Replacement of frames - Thermal insulation - Addition of Photovoltaic Panels d) Addition of automation systems e) Geothermal Heat Pump for Heating and Cooling - Addition of Photovoltaic Panels f) Trigeneration - Addition of Photovoltaic Panels g) Biomass boiler for Heating - Addition of Photovoltaic Panels The fourth chapter refers to the Autodesk Revit software which is used to analyze the thermal and cooling loads of the University Building. The Autodesk Revit program enables the digital representation of all the physical and functional elements of a building. Initially, the way in which we determine the thermal characteristics of the building envelope, the spaces and the location is described. The software also provides wind data and information about building’s shading in order to better understand the conditions prevailing in the cities studied. Finally, the results of the cooling and heating analysis are presented for each climatic zone. In the fifth chapter, the simulation of the energy behavior of the University Building is carried out using the Autodesk Insight and the Green Building Studio software. Using the volumes and the detailed data of the building from Autodesk Revit, the software makes an energy assessment of the building for both its current state and the alternative scenarios. The annual energy consumption, costs and CO2 emissions of all scenarios are then compared. Finally, using the AHP and PROMETHEE methods, the scenarios are ranked in order to choose the best one for each case. Regarding the scenarios studied, the combinations examined are the following: a) Use of ASHRAE Heat Pump for cooling and heating, adding photovoltaic panels and strengthening the thermal insulation of the roof of the building b) Use of the High Efficiency Heat Pump for cooling and heating along with photovoltaic panels c) Use of the High Efficiency VAV system for cooling and heating along with photovoltaic panels d) Use of the ASHRAE Terminal Package Heat Pump system for cooling and heating along with photovoltaic panels The sixth and final chapter reviews what has been studied and presents the final conclusions.	en
heal.advisorName	Κορωνάκη, Ειρήνη	el
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false