Exploring the energy performance improvement potential of apartment buildings in Kosovo

Abstract

In den letzten Jahren war die Energieeffizienz von Gebäuden ein wichtiges globales Anliegen. Länder auf der ganzen Welt versuchen ihren nationalen Energieverbrauch zu reduzieren. Die Notwendigkeit, den Energieverbrauch zu senken, stellt insbesondere in Entwicklungsländern, wie dem Kosovo, eine große Herausforderung dar, wenn die nicht nachhaltige, unzureichende und uneinheitliche Energieversorgung in Betracht gezogen wird. Der Kosovo hat einen hohen Energiebedarf, insbesondere im Wohnungssektor und ist auf die Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen angewiesen. Gegenwärtig fehlen Forschungsarbeiten über die Energieeffizienz von Gebäuden im Kosovo und es gibt keine klaren Energiestandards und -vorschriften. Daher ist es äußerst wichtig, die Energieeffizienz von Mehrfamilienhäusern im Kosovo zu untersuchen. Vor diesem Hintergrund zielt diese Dissertation darauf ab, einen einfachen und neuartigen Ansatz zur Untersuchung des Verbesserungspotentials der Energieeffizienz von bestehenden Mehrfamilienhäusern im Kosovo zu entwickeln. Dies wird durch umfassende empirische Studien und dynamische thermische Simulationsmodelle erreicht. Zu diesem Zweck wurden drei bestehende Mehrfamilienwohnhäuser in Pristina, Kosovo, ausgewählt. Diese Gebäude sind Vertreter der typischen Konstruktionsund Baupraxis im Kosovo und unterliegen ähnlichen Wetterbedingungen. Zu Beginn wurden umfangreiche Informationen gesammelt, darunter mikroklimatische Daten, Analyse von Bautypologie und -layout, Dokumentation von Baumethoden, Baumaterialien und Systemen sowie Informationen über Benutzerpräsenz und -verhalten. Zusätzlich wurden Daten über den Energieverbrauch für drei aufeinanderfolgende Jahre gesammelt (z. B. monatliche Energierechnungen). Auch eine kurzfristige Messung der klimatischen Bedingungen im Innenund Außenbereich für Sommer und Winter wurde durchgeführt. Die gesammelten Daten wurden analysiert, interpretiert und schließlich eine Bewertung der Energieeffizienz der Gebäude vorgenommen. In der Folge wurden Gebäudesimulationsmodelle (d. h. Modelle für Energieverbrauch und thermisches Verhalten) für die ausgewählten Gebäude erzeugt. Die Vorhersagen der Modellierung wurden mit gemessenen Daten verglichen, um Ungenauigkeiten und Empfindlichkeiten der Modellation zu analysieren. Dies führte zu den kalibrierten Modellen. Solche Modelle ermöglichen ein tieferes Verständnis der tatsächlichen Energieeffizienz der ausgewählten Gebäude und erleichtern die Bewertung alternativer Optionen für eine mögliche Verbesserung der Gebäudeperformance. Verschiedene energieeffiziente Nachrüstszenarien wurden in Betracht gezogen, insbesondere Maßnahmen, die kosteneffektiv und langlebig sind. Die Studie untersucht das Potential der energieeffizienten Maßnahmen zur Reduzierung des Energiebedarfs für die Beheizung der Innenräume des Gebäudes sowie für die Kühlung, wenn aktive Kühlung verwendet wird. Darüber hinaus wurde die Vermeidung der sommerlichen Überhitzung berücksichtigt. Letztendlich wurden die wirtschaftlichen und energetischen Vorteile jedes Szenarios evaluiert und diskutiert.

In recent years, the energy performance of buildings has been a major global concern. Countries around the world are trying to reduce their national energy consumption. The need to decrease energy use represents a major challenge particularly in developing countries such as Kosovo, considering the unsustainable, insufficient, and inconsistent energy supply. Kosovo has a high energy demand, especially in the housing sector, and it is dependent on electricity production from fossil fuels. Currently, there is a lack of research done on the energy performance of buildings in Kosovo, and there are no clear energy standards and regulations. Therefore, addressing the energy performance of multi-family apartment buildings in Kosovo is of utmost importance. Given this context, this dissertation aims to develop a simple and novel approach to investigate the potential of energy performance improving of existing multi-family apartment buildings in Kosovo. This is done through comprehensive empirical study and dynamic thermal simulation modelling. To this end, three existing multi-family residential buildings located in Pristina, Kosovo, were selected. These buildings are representatives of typical design and construction practices in Kosovo and are subject to similar weather condition. Initially, a large set of information was collected including microclimatic data collection, analysis of building typology and layout, documentation of construction methods, building materials, and systems, as well as collection information concerning user presence and behaviour. Additionally, high-level energy use information (i.e., monthly energy bills) was collected for three consecutive years. Moreover, short-term measurement of indoor and outdoor climate conditions for summer and winter period was carried out. The collected data was analysed and interpreted and an assessment of energy performance of the buildings was made. Consequently, building energy simulation models (i.e., energy-use and thermal performance models) for the selected buildings were generated. The modelling predictions were further compared to measured data, highlighting the importance of uncertainty and sensitivity analyses. This resulted in the calibrated models. Such models allow a deeper understanding of actual energy performance of the selected buildings as well as facilitating the evaluation of alternative options for potential improvement of the building performance. Different energy efficient retrofit scenarios were considered, focusing particularly on energy-efficient measures that are cost-effective and long-lasting. The study investigates the potential of the energy-efficient measures to reduce the energy demand for heating the indoor spaces of the building as well as for cooling – if active cooling is used – of the indoor spaces. Additionally, consideration was given to the indoor thermal condition against an overheating tendency in summer months. Ultimately, the economic and energy benefits of each scenario were evaluated and discussed.