Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/97166
Title: Optimization of the energy efficiency of lightweight steel buildings
Authors: Santos, Ana Gabriela Loureiro dos
Orientador: Gervásio, Helena Maria dos Santos
Silva, Luís Alberto Proença Simões da
Issue Date: Jul-2016
Place of publication or event: Coimbra
Abstract: Energy policy makers have been prompted by financial and environmental concerns to develop strategies and create legislation in order to reduce energy consumption. The Directive 2012/27/EU on energy efficiency establishes a common framework of measures for the promotion of energy efficiency within the European Union in order to achieve the target of 20% reduction in primary energy consumption for the year 2020. According to the UNEP 2007, the construction sector is accountable for 36% of the overall yearly spending of energy in the European Union. It is estimated that the largest percentage of the energy used during the operational stage for space conditioning is spent by HVAC and lighting systems. Thus, it is essential to increase the energy efficiency of residential buildings already during the project phase, to create products with low energy needs right from the beginning. This scenario will diminish the dependency on mechanical systems to keep a building functional to its residents. The aim of this academic research is to process an optimization analysis of the energy efficiency of a residential building during the operational stage, with light steel framing as a structural system. The problem was set up, starting by establishing all the variables that influence the energy efficiency of the building, exclusively related to the civil engineering project phase. In that way, HVAC and artificial lighting systems were completely excluded from the study as a variable, since they did not fit the domain. Additionally, the effect of changing simulation parameters (population size and number of generations) was studied to achieve superior optimal solutions. Finally, the influence of regional weather conditions was studied by conducting the optimization analysis for the same model in different climate zones. The software used for the simulations was the 4.6.0.015 version of DesignBuilder. Based on this study, it is possible to conclude that the quality of the Pareto set is directly related to the choice of simulation parameters. The combination of a population size of 5 and 250 generations provides superior results for this problem, such as a significant decrease of total site energy consumption. Despite the increase of initial capital costs, it was proven that the decrease of operational costs would benefit the home owner in the long run. The comfort levels of the building were also improved separately, showing that is it possible for energy dependency to be reduced without compromising the functionality of the building.
Decisores políticos têm sido motivados por preocupações financeiras e ambientais para desenvolver estratégias e criar legislação de modo a diminuir o consumo energético. A Diretiva 2012/27/EU estabelece um quadro comum de medidas para a promoção de eficiência energética na União Europeia com vista a alcançar-se a meta de uma redução de 20% do consumo de energia primária até 2020. De acordo com a UNEP 2007, o setor da construção é responsável por 36% dos gastos totais anuais de energia na União Europeia. Estima-se que a maior percentagem de energia gasta durante a fase operacional do edifício seja usada em sistemas HVAC e de iluminação. De tal forma que se torna essencial contribuir para o aumento da eficiência energética de edifícios ainda durante a fase de projeto, com a criação de produtos com baixas necessidades energéticas Este cenário diminuirá a dependência de sistemas mecânicos sem prejudicar a funcionalidade do edifício. O objetivo desta pesquisa é a realização de uma análise de otimização da eficiência energética de um edifício residencial durante a sua fase operacional, focando-se em ‘light steel framing’ como sistema estrutural. O problema foi definido, começando-se por estabelecer todas as variáveis que teriam capacidade para influenciar a eficiência energética do edifício, variáveis estas apenas relacionadas com a fase de projeto de engenharia civil. Dessa forma, sistemas de HVAC e de iluminação artificial estariam completamente excluídos como variáveis do estudo, por não pertencerem ao domínio. Adicionalmente, o efeito da alteração de parâmetros (tamanho da população e número de gerações) foi estudado de modo a atingir-se a solução ótima. Finalmente, foi analisada a influência de condições atmosféricas regionais, através da realização de análises de otimização para o mesmo modelo em diferentes zonas climáticas. Nas simulações foi utilizado o software DesignBuilder, versão 4.6.0.015. Concluiu-se neste estudo que a qualidade do ‘Pareto set’ se encontra diretamente relacionada com a escolha dos parâmetros de simulação. Com uma população inicial de 5 elementos e 250 gerações são obtidos resultados superiores para este problema, traduzindo-se numa significativa redução do consumo energético. Apesar do aumento nos custos de capital, foi provado que a redução dos custos operacionais beneficiará o dono do imóvel a curto prazo. Os níveis de conforto do edifício foram incrementados, mostrando-se que é possível reduzir a dependência energética sem comprometer a funcionalidade do edifício.
Description: Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil na especialidade de Mecânica Estrutural, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.
URI: http://hdl.handle.net/10316/97166
Rights: embargoedAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Civil - Teses de Mestrado
UC - Dissertações de Mestrado

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