Cost-effectiveness and resilience of energy renovation interventions with the nZEB objective in a social housing neighbourhood in Braga, Portugal

Abstract

Os edifícios com necessidades quase nulas de energia (nZEBs) surgem como uma das medidas apontadas pela EU para redução do consumo energético e das emissões dos gases de efeito estufa nos edifícios. Tendo em vista que grande parte do edificado português não cumpre as atuais exigências da regulamentação térmica e é normalmente caracterizada por elevadas necessidades energéticas, surge a necessidade de renová-lo para níveis de desempenho energético superiores, de modo que consumam menos energia e ao mesmo tempo garantam as condições mínimas de conforto aos utentes. Considerando os pilares da sustentabilidade, faz-se necessário incluir nessa análise para alem dos âmbitos social e ambiental, o aspeto económico, sendo esse um ponto ainda mais delicado para populações mais carentes. Para isso, esse estudo utilizou a metodologia de custo-ótimo para análise da rentabilidade das propostas de reabilitação energética para um bairro social em Braga, norte de Portugal. Foram estudadas soluções típicas utilizadas no país, englobando medidas passivas, sistemas técnicos e a utilização de energias renováveis, sendo esse último essencial para obtenção dos níveis nZEB, para alem do custo-ótimo objetivado. A combinação entre as medidas de reabilitação foi capaz de atingir redução de até 95 % em termos de energia primária, comparado ao cenário de referência. A simulação dinâmica foi o método de quantificação energética utilizada para o estudo, e foi feita utilizando o EnergyPlus através da interface gráfica do DesignBuilder. Esse método utiliza ficheiros climáticos que são normalmente gerados com base nos dados obtidos das estacões meteorológicas de cada região. Porém, considerando as projeções de alterações climáticas e o aumento da temperatura global previsto, surge a expectativa de que o comportamento térmico dos edifícios sofra alterações, alertando para a necessidade de análise da resiliência das soluções de renovação energética propostas. A fim de ponderar essas alterações, o estudo recorreu a ficheiros climáticos futuros para 2020 e 2050, convertidos através da ferramenta CCWorldWeatherGen que considera o cenário A2 de emissões. Após adaptação da metodologia convencional, os resultados apresentaram novo gráfico de custo-ótimo com comportamento similar ao primeiro, com redução de até 94% em termos de energia primária para as propostas de reabilitação testadas, em relação ao cenário de referência, apresentando, porém, maiores custos globais proporcionais em relação ao mesmo.

Nearly zero-energy buildings (nZEBs) appear as one of the measures identified by the European Union to reduce energy consumption in buildings and emissions of greenhouse gases. Considering that a large part of the Portuguese building stock was built decades ago, and the current thermal regulation is not met, these buildings are usually characterized by poor thermal performance and high energy consumption needs. Thus, there is a need to replace renovate them to present a better thermal performance, by consuming less energy and at the same time guaranteeing the minimum comfort conditions for users, in a sustainable way. Considering the pillars of sustainability, it is necessary to include in this analysis, in addition to the social and environmental spheres, the economic aspect, which is an even more delicate point in the case of populations with less financial conditions. For that, this study will use the cost-optimal methodology to define the best proposal for energy renovation for a social neighbourhood located in Braga, northern Portugal. Typical solutions used in the country will be studied, encompassing not only passive measures but also technical systems and the use of renewable energies, the latter being essential for obtaining nZEB levels, in addition to the objective optimal cost. The combination of rehabilitation measures was able to achieve a reduction of up to 95% in terms of primary energy, compared to the reference scenario. A dynamic energy simulation will be the method of energy quantification used for the study and will be done using EnergyPlus through DesignBuilder's graphical interface. This method uses weather files that are normally generated based on data obtained from meteorological stations in each region. However, considering the projections of climate change and the predicted increase in global temperature, there is an expectation that the thermal behavior of buildings will change, warning about the need to analyse the robustness and resilience of the proposed energy renovation solutions. To consider these changes, the study will use future climate files for 2020 and 2050, converted through the CCWorldWeatherGen tool that considers the A2 emissions scenario. After adapting the conventional methodology, the results showed a new cost-optimal graph with similar behavior to the first one, with a reduction of up to 94% in terms of primary energy for the tested renovation proposals, concerning the reference scenario, presenting, however, higher proportional global costs.