Energy Efficient Glazed Office Building Envelope Solutions for Different European Climates

The aim of this study is to show the critical aspects of a completely glazed high rise office building from an energy efficiency point of view in different European climates. The achievable consumptions and the most influential parameters such as glazing U-value, VT/SHGC and shading and their optimal values were investigated. The study has been carried out for a theoretical office building in Italy and Lithuania, representatively of a southern and northern EU climate. The building chosen is representative of all the glazed-simple shape buildings and the analysis of the entirety of the building enables a clear and im-mediate outcome of global consumptions. Number of DesignBuilder simulations were performed and the annual consumptions are summed with the primary energy criteria. Results show the critical aspects of 100% WWR buildings: in the coldest climate the main problem is the huge surface of relatively high glass U-value compared with standard walls, while in the warmer one the main efforts need to be done to avoid the summer overheating caused by incoming solar radiation. Finally, it is shown that it is difficult to lower the overall primary energy consumptions below 130 and 140 kWh/m2a for North-Italy and Lithuania locations respectively. The analysis is focused only in the envelope parameter, thus it is not included renewable energy systems, which can generate higher energy efficiencies

Multi-criteria assesment of building integrated photovoltaics

To make reasonable solutions concerning integration of PV into the façade, complex assessment must be performed at the design stage of the building, taking into account all benefits and losses. The paper presents multi-criteria analysis of semi-transparent BIPV. It is based on 4 criteria: energy, ecology, economy, comfort – 3e+c. Results show that because of twice lower solar heat gains, PV window enables to save almost half of cooling energy, it also significantly improves thermal comfort. Total primary energy demand of the office after application of PV drops from 171 kWh/m2 to 96 kWh/m2. Multi-criteria analysis shows that office with BIPV is more sustainable than the one with transparent window. Article in English. Daugiakriteris į pastatą integruotų saulės fotoelementų vertinimas Santrauka  Kad būtų priimti pagrįsti sprendimai, susiję su saulės fotoelementų integravimu į pastato fasadą, projektuojant pastatą reikia atlikti kompleksinį naudos ir nuostolių vertinimą. Straipsnyje pateikiama daugiakriterė į pastatą integruotų saulės fotoelementų analizė, pagrįsta 4 darnumo kriterijais: energiniu, ekonominiu, ekologiniu ir komforto – 3e+c. Rezultatai rodo, kad dėl perpus mažesnių saulės pritėkių esant langui su integruotais fotoelementais, beveik perpus sumažėja energijos poreikiai vėsinant patalpas bei žymiai pagerėja šiluminis komfortas. Bendras administracinės patalpos pirminės energijos poreikis integravus saulės elementus sumažėja nuo 171 kWh/m2 iki 96 kWh/m2. Daugiakriterė analizė rodo, kad sprendimas naudoti langą su integruotais fotoelementais yra darnesnis nei sprendimas naudoti skaidrų langą. Reikšminiai žodžiai: į pastatą integruoti saulės elementai, administracinis pastatas, modeliavimas, daugiakriterė analizė, komfortas, energija

Simulation based complex energy assessment of office building fenestration

The number of office buildings with highly fenestrated facades is currently increasing in Lithuania and neighboring countries. Highly fenestrated facades reduce energy consumption for lighting and simultaneously increase energy consumption for heating, cooling, air conveying and may cause thermal and visual discomfort. Pursuing to reduce negative effects of the highly glazed facade, special glasses are frequently used. However, such windows usually increase demand for lighting energy. Therefore, when making early decisions about glazing the building, it is important to have a complex evaluation of energy demand related to the specific case. The paper presents the results of analysis made using energy simulation tools. The obtained results have shown that when shading is not applied, the north is the most energy efficient orientation to glazing for an air conditioned office building in cool climate zones like Lithuania. The most energy efficient window‐to‐wall ratios (WWR) for the south, east and west oriented façade are 20%, whereas for the north it makes 20–40%. However, such WWR values do not satisfy standard requirements for day lighting. Santrauka Pastaraisiais metais Lietuvoje ir kaimyninese šalyse daugeja administracines paskirties pastatu, kuriu dauguma išoriniu atitvaru yra skaidrios. Didesnis istiklinimo plotas lemia mažesnius energijos poreikius apšvietimui, tačiau didina šildymo ir vesinimo sistemu energijos poreikius, sukelia šilumini bei vizualini diskomforta. Neigiamai dideliu skaidriu atitvaru itakai sumažinti naudojami tamsinti ir kitu specialiu charakteristiku stiklai, tačiau tai savo ruožtu didina energijos poreiki apšvietimui. Todel, priimant sprendimus del pastato istiklinimo, svarbu prieš tai kompleksiškai išnagrineti konkretaus sprendimo itaka pastato energijos poreikiams. Straipsnyje pateikiama modeliuojant gautu rezultatu analize. Rezultatai parode, kad vesaus klimato šalyse, kurioms priklauso ir Lietuva, kondicionuojamu administraciniu pastatu fasadu, kai nenaudojamos apsaugos nuo saules priemones, energiškai efektyviausias istiklinimas yra i šiaures puse. Energiškai efektyviausias santykinis fasado istiklinimo plotas pietines, rytines ir vakarines orientacijos fasadams yra 20 %, o šiaurines ‐ 20–40 %. Tačiau tokie istiklinimo plotai neatitinka norminiu natūralaus apšvietimo reikalavimu. Reikšminiai žodžiai: administracinis pastatas, istiklinimas, šildymas, vesinimas, apšvietimas, energijos poreikiai, mode‐liavima

The Assessment of Building Energy Functionality in the Integrated Building Design

Buildings are significant contributors to energy-related sustainability challenges and a sustainable future. Practice shows—that the traditional building design process is becoming ineffective and will no longer be able to meet the determined requirements and standards of low energy architecture. The aim of this research is to introduce and validate the newly developed technology of building design concept, which integrates Quality Function Deployment (QFD) and Axiomatic Design (AD) methods. The proposed technology eliminates the traditional building design problems, ensures a smooth Integrated Building Design (IBD) process and matches the needs of the customer and the whole building design team. The new technology also provides a quicker and more effective way to find a sustainable and customer-orientated solution. Validation of the technology on the case study has shown that the energy functionality of the building proved to be superior to buildings, created during traditional building design process.This article belongs to the Proceedings of Innovations-Sustainability-Modernity-Openness Conference (ISMO’19), Bialystok, Poland, 22–23 May 201

Evaluation of the efficiency of the office building systems’ management based on the long-term monitoring data

Climate change and its consequences pose an existential threat to Europe and the world, where more than 75% of the European Union’s greenhouse gas emissions come from energy production. For this reason, it is very important to increase the energy efficiency of buildings, as the building sector is one of the biggest energy consumers with an impact on the still untapped potential for energy savings. Although buildings are constructed and certified as energy efficient, their in-use consumption is often significantly higher than expected. Especially significant in energy consumption between design and actual consumption are found in office buildings. The higher energy consumption is due to factors related to the design and operation phases. Researchers often emphasize the management of a building’s engineering systems as one of the key factors influencing a building’s energy consumption. The article analyses the existing office building and evaluates the efficiency of its energy using systems’ management based on long-term monitoring data. After identifying which systems are managed inefficiently, several management strategies have been proposed and evaluated. It was found that with simple management strategies heating energy reduction is about 20% per year. Article in Lithuanian. Administracinio pastato sistemų valdymo efektyvumo vertinimas remiantis ilgalaike stebėsena Santrauka Klimato kaita ir su tuo susiję padariniai kelia egzistencinę grėsmę Europai ir pasauliui, o daugiau kaip 75 % Europos Sąjungoje išmetamo šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekio susidaro gaminant ir naudojant energiją. Dėl šios priežasties labai svarbu didinti energijos vartojimo efektyvumą pastatuose, nes pastatų sektorius yra vienas iš didžiausių energijos vartotojų ir turi didelį vis dar neišnaudotą energijos taupymo potencialą. Nors pastatai statomi ir sertifikuojami kaip energiškai efektyvūs, dažnai eksploatacijos metu suvartojimai būna daug didesni, nei prognozuota. Dideliais energijos suvartojimo skirtumais, lyginant su projektiniais, ypač išsiskiria administracinės paskirties pastatai. Didesnį energijos vartojimą lemia įvairūs veiksniai, apimantys projektavimo, statybos ir eksploatavimo etapus. Mokslininkai dažnai išskiria pastato inžinerinių sistemų valdymą kaip vieną iš pagrindinių veiksnių, darančių įtaką pastato energijos suvartojimui. Straipsnyje analizuojamas realus administracinis pastatas ir vertinamas jo valdymo efektyvumas, remiantis ilgalaikės stebėsenos duomenimis. Identifikavus, kurios sistemos yra valdomos neefektyviai, buvo pasiūlytos ir įvertintos kelios valdymo strategijos, kurios leistų sutaupyti apie 20 % šilumos per metus. Reikšminiai žodžiai: mikroklimatas, stebėsena, administracinis pastatas, energinis efektyvumas, pastato valdymas

Comfort study of office buildings with large glazed areas / Administracinių pastatų su dideliais įstiklinimo plotais komforto tyrimas

In the buildings with large glazed areas the biggest problem is the space overheating during the warm season. This causes increased energy demand for cooling. The survey was carried out during the warm and cold seasons in two office buildings with large glazed areas. The methodology was prepared for evaluating indoor climate parameters using objective and subjective evaluation. The measurements have shown that there are problems with lighting in workplaces of both buildings during both the warm and cold seasons. The biggest problem is too dry air during the cold period, an acceptable temperature is also not always in the building No. 2. The survey has shown that some employees are dissatisfied with the indoor climate in the workplace, the bigger dissatisfaction is in building No. 2. Assessing according to the O. Fanger methodology was obtained that the number of PPD is in the normal range during the cold period, whereas close to the limit when the building can not be operated in the warm period. Santrauka Lietuvoje ir kitose šalyse, siekiant skaidrumo įspūdžio, vis dar nemaža statomų visuomeninės paskirties pastatų dalis pasižymi dideliais fasado įstiklinimo plotais. Dėl to pastatuose ne visada pavyksta užtikrinti tinkamas komforto sąlygas. Šiame straipsnyje pateikiamas dviejų administracinių pastatų su dideliais įstiklinimo plotais mikroklimato tyrimas šiltuoju ir šaltuoju metų laikotarpiu taikant dvi metodikas: objektyviąją (matavimai) ir subjektyviąją (apklausa). Matavimai rodo, kad tiek šiltuoju, tiek šaltuoju metų laikotarpiu abiejuose pastatuose kyla problemų dėl apšvietos darbo vietose. Šaltuoju metų laikotarpiu taip pat didelė problema – per sausas oras. Iš apklausos matyti, kad dalis darbuotojų nepatenkinti mikroklimato sąlygomis darbo vietoje, šis nepasitenkinimas didesnis pastate Nr. 2. Šaltuoju metų laiku PPD skaičius neviršija normos ribų, o šiltuoju yra arti ribos, kai pastato negalima eksploatuoti. Reikšminiai žodžiai: administraciniai pastatai; apklausa; apšvieta; įstiklinimo plotas; komfortas; šiluminė aplinka.

The impact of the solar wall on the external envelope

The paper analyses the influence of the solar wall (unglazed transpired solar collector) on the external envelope during heating and non-heating seasons. Experiments were performed in two rooms – the one with a solar wall and without it. Based on experimental data, the analysis of the influence of the solar wall on the external envelope was done for two cases: employing air by-pass and refusing it. Also, the numerical simulation of the solar wall employing “COMSOL Multiphysics” software was performed. 8 different alternatives were simulated thus seeking to define the ways to decrease a negative and increase a positive influence of the solar wall on the external envelope of the building both in heating and non-heating seasons. The obtained results have shown that the solar wall makes a negative influence on the envelope during the non-heating season if air by-pass is not used. Heat gains increase by 8–12.2%, compared to the case without the solar wall. It has been also defined that the solar wall protects the envelope from heat gains if air by-pass is applied. During the heating season, the solar wall may decrease heat losses by 25.5%, compared to the case without the wall. Article in Lithuanian. Saulės sienos įtakos pastato atitvaroms analizė Santrauka Straipsnyje nagrinėjama saulės sienos (neįstiklinto pratakaus saulės kolektoriaus) įtaka išorinei atitvarai šiltuoju ir šaltuoju metų laiku. Eksperimentinis tyrimas buvo atliktas dviejose patalpose: vienoje – išorinė atitvara dengta, o kitoje – nedengta saulės siena. Remiantis gautais eksperimentiniais ir meteorologiniais duomenimis atlikta saulės sienos poveikio atitvarai ir jos priklausomybės nuo saulės spinduliuotės intensyvumo su oro apeiga ir be jos analizė. Saulės siena modeliuota su „COMSOL Multiphysics“ programa. Sumodeliuoti aštuoni skirtingi atitvaros su saulės siena variantai, siekiant nustatyti būdus, kaip sumažinti neigiamą ir padidinti teigiamą įtaką atitvarai šiltuoju ir šaltuoju metų laiku. Nustatyta, kad saulės siena šiltuoju metų laiku, kai oras joje nejuda, daro neigiamą įtaką atitvarai – šilumos pritėkiai padidėja 8–12,2 %, lyginant su nedengta atitvara. Analizė parodė, kad saulės siena apsaugo atitvarą nuo tiesioginės saulės spinduliuotės, jei oras ištraukiamas per apėjimo ortakį. Šaltuoju metų laiku saulės siena šilumos nuostolius sumažina 25,5 %, lyginant su nedengta išorine atitvara. Reikšminiai žodžiai: „COMSOL Multiphysics“, eksperimentas, įtaka atitvaroms, modeliavimas, saulės siena

Comparative analysis of the dynamic building energy simulation tools / Pastato dinaminio energinio modeliavimo įrankių lyginamoji analizė

There are a lot of methodologies and simulation tools in the world to assess the energy demand of a building. The results of simulation tools often differ, but the causes are not analysed in more detail. The article compares the results of two most widely used dynamic energy simulation tools – DesignBuilder and IES-VE, when simulation of identical building model with the same assumptions in both programs is performed. In addition, for comparison, calculations are performed with the PHPP program, as well as using STR2.09.04:2008 methodology. The tools compare the heating, cooling capacity, energy consumption of the building for heating and cooling the building during the simulation. Following differences comparing energy demands gained with two different simulation tools are defined: ventilation – up to 11%, cooling – up to 9%, heating – up to 5%. Santrauka Šiuo metu pasaulyje yra daugybė metodikų ir modeliavimo priemonių, skirtų pastato energijos poreikiams įvertinti. Modeliavimo priemonių rezultatai dažnai skiriasi, o to priežastys detaliau nepakankamai analizuojamos. Straipsnyje lyginamos dvi pasaulyje populiarios tarpusavyje konkuruojančios dinaminio energinio modeliavimo programos – DesignBuilder ir IES-VE, rezultatai, kai abiejose programose sukuriamas identiškas pastato modelis ir daromos tos pačios prielaidos. Papildomai palyginimui atliekami skaičiavimai taikant PHPP programą ir remiantis STR2.09.04:2008 metodika. Įrankiuose palyginamos modeliuojant gaunamos pastato šildymo, vėsinimo galios, energijos sąnaudos pastatui šildyti bei vėsinti. Atlikus pastato dinaminį energinį modeliavimą gauti atitinkami poreikių skirtumai modeliuojant dviem programomis: vėdinimo – iki 11 %, vėsinimo – iki 9 %, šildymo – iki 5 %. Reikšminiai žodžiai: dinaminis energinis modeliavimas; pastato energijos poreikiai; IES-VE; DesignBuilder; PHPP

Pastatų energetikos katedros rengiamų praktikų metodikos nurodymai

Leidinyje pateikiami metodikos nurodymai, kaip rengti, organizuoti, atlikti Pastatų energetikos katedros praktikas ir atsiskaityti už jas. Knygoje nurodomos galimos praktikų atlikimo vietos ir patarimai, kaip jas susirasti, pateikiamos praktikų užduočių ir ataskaitų struktūros, praktikų organizavimą, vadovavimą joms ir atsiskaitymą lengvinantys kai kurių reglamentuojančių dokumentų pavyzdžiai. Leidinyje galima rasti rekomendacijų ir praktikos vadovui įmonėje. Metodikos nurodymai skirti pastatų energetikos studijų programos pirmosios ir antrosios pakopų studentams. Leidinyje pateikiami nurodymai, kaip atlikti pažintinę, mokomąją energijos vartojimo efektyvumo, profesinės veiklos, pedagoginę ir mokslinės veiklos praktikas

Biuro patalpos šilumos pritekių tyrimas / Investigation of heat gains in an office

Increasing the energy efficiency of buildings, heat losses through envelope and infiltration become very low, therefore, the proportion of the heat gains in the heat balance of the building increases. Due to their abundance of computer equipment, intensive lighting and the abundance of employees the information technologies’ (IT) staff offices are characterized by high internal heat gains. Formally, such offices are not distinguished when designing the building and its energy performance, values of internal heat gains are the same as for usual offices. Insufficient attention to the detailed differentiation of the heat gains may lead to the inadequate assessment of the energy performance of the building, insufficient design power of the cooling system. The aim of this work is to determine the influence of internal heat gains on the heat balance of a existing IT office. The heat gains are initially determined experimentally and compared with the values calculated in accordance with STR 2.01.02:2016, the room model is calibrated in the IDA ICE software, which is used to analyze building’s annual energy demand sensitivity to internal heat gains. It was defined that in the case of maximum heat gains, the experimental internal heat gain are 63–81% higher than the ones, calculated in accordance with norms. The annual heating demand is 31% lower, and the cooling demand is 56% higher according to the experimental simulation compared to standardized simulation results. Santrauka Didinant pastatų energinį naudingumą, šilumos nuostoliai per atitvaras ir dėl infiltracijos tampa nykstamai maži, todėl pastato šilumos balanse didėja vidiniams šilumos pritekiams tenkanti dalis. Dideliais vidiniais šilumos pritekiais pasižymi informacinių technologijų (IT) personalo biurai dėl juose gausiai naudojamos kompiuterinės įrangos, intensyvaus apšvietimo bei darbuotojų gausos. Formaliai tokie biurai, projektuojant pastatą ir jo energinį naudingumą, nėra išskiriami, jiems taikomos tokios pačios vidinių pritekių vertės kaip ir įprastiems biurams. Nepakankamas dėmesys išsamesniam šilumos pritekių diferencijavimui gali lemti tai, kad pastato naudingumas bus įvertintas netinkamai, vėsinimo sistemos bus suprojektuotos nepakankamos galios (projektinei šildymo galiai šilumos pritekiai įtakos neturi). Šio darbo tikslas yra nustatyti vidinių šilumos pritekių įtaką realaus IT biuro patalpos šilumos balansui. Šilumos pritekiai pradžioje nustatomi eksperimentiniu būdu ir lyginami su dydžiais, apskaičiuotais pagal STR 2.01.02:2016 standartą, patalpos modelis kalibruojamas IDA ICE programoje, kurioje atliekama pastato metinių energijos poreikių priklausomybės nuo vidinių šilumos pritekių parametrinė analizė. Nustatyta, kad maksimalūs paros eksperimentiniai vidiniai pritekiai yra 63–81 % didesni nei apskaičiuoti pagal reglamentą, metiniai šildymo poreikiai pagal eksperimentinius duomenis yra 31 % mažesni, o vėsinimo poreikiai 56 % didesni lyginant su gautais taikant normines pritekių vertes. Reikšminiai žodžiai: IT biuras, vidiniai šilumos pritekiai, eksperimentinis tyrimas, modeliavimas, IDA ICE