Modelling building stock geometry for energy, emission and mass calculations

Abstract

The effect of energy efficiency measures is generally evaluated for one or only a few houses. While the energy and environmental optimization of a particular building design is crucial, this cannot easily draw generic conclusions for future building designs. A method is presented for considering the effect of building geometry in simplified energy and life cycle assessment studies. Based on architectural and functional considerations, realistic ranges were determined for the parameters describing the geometry of ‘technically feasible’ buildings and their relationships. These parameters include floor area, the number of storeys, the perimeter-to-floor area ratio, the ratio of the building envelope adjoining neighbouring heated buildings, the window ratio and frame factor, the density of partition walls, and the roof slope. An algorithm is developed for the random generation of a large building sample based on the realistic ranges of these geometric parameters. By analysing the results, it is possible to calculate the expected value, standard deviation and confidence interval of the sample. The application of the method is shown in an example. The cumulative non-renewable energy demand is calculated for the whole life cycle and for different building types. On évalue généralement l'effet des mesures de l'efficacité énergétique sur une ou seulement quelques habitations. Alors que l'optimisation énergétique et environnementale d'un modèle de bâtiment particulier est essentielle, elle ne permet pas de tirer facilement des conclusions génériques pour les futurs concepts de bâtiments. Cet article présente une méthode qui permet de prendre en considération l'effet de la géométrie d'un bâtiment dans des études d'évaluation simplifiées de l'énergie et du cycle de vie. En s'appuyant sur des considérations architecturales et fonctionnelles, on a défini des plages réalistes pour les paramètres décrivant la géométrie de bâtiments « réalisables sur le plan technique » et leurs relations. Ces paramètres incluent la surface au sol, le nombre de niveaux, le ratio entre le périmètre et la surface au sol, le ratio de l'enveloppe de bâtiments chauffés se trouvant à proximité, le ratio des fenêtres et le facteur de châssis, la densité des cloisons et la pente du toit. Un algorithme a été calculé pour la génération d'un grand échantillon aléatoire de bâtiments basé sur des plages réalistes de ces paramètres géométriques. En analysant les résultats, on peut calculer les valeurs escomptées, les écarts standard et l'intervalle de confiance de l'échantillon. L'application de cette méthode est décrite au moyen d'un exemple. La demande cumulée en énergie non renouvelable est calculée pour l'ensemble du cycle de vie et pour différents types de bâtiments. Mots clés: géométrie des bâtiments, morphologie des bâtiments, parc bâti, efficacité énergétique, évaluation du cycle de vie, bâtiments résidentiels, Hongrie