Rehabilitación energética de edificios residenciales en España y objetivo europeo 2050 : propuesta y validación de una herramienta multicriterio, orientada a la toma de decisiones estratégicas y basada en la metodología de coste-óptimo y el análisis de ciclo de vida a escala territorial

Abstract

One of the top priorities of European countries is to reduce energy consumption and greenhouse gas (GHG) emissions in the built environment. To reach this goal, urban renewal processes are seen as a core strategy towards a sustainable built fabric, given the fact that a large proportion of the cities of tomorrow is already standing. Indeed, there are still considerable potential energy savings to be made in European countries in general, and in Spain in particular, a country in which most residential buildings were constructed before 2001 based on very low thermal regulations compared to the current ones. Therefore, these buildings require large amounts of energy to ensure a minimum indoor comfort. Considering the global context of the country and the current economic crisis, which is particularly affecting the construction sector, the future lies in the renewal process of the built environment, responsible for 40% of the primary energy consumption in the country. The originality of this research is to apply the cost-optimal methodology at the territorial scale, using statistical and population census data and taking into account the 12 climatic zones of the Spanish territory. Initially, the cost-optimal methodology was proposed by the European Union to study different building retrofitting scenarios. It consists in a multi-criteria assessment that allows comparing various levels of intervention under different macro-economic scenarios, in terms of the cost- effectiveness of the strategies, and energy and environmental savings. This thesis presents the application of the cost-optimal methodology at the territorial scale in order to estimate the energy saving potential of residential buildings constructed before 2001. The assessment methodology is implemented in an Excel- based strategic decision-making tool, aiming to help select the best strategy for achieving the European requirements according to the nearly Zero Energy Building (nZEB) standard. Moreover, this research proposes a new systematic approach linking the different scales (regional, city / district and building) through energy simulations based on different levels of detail (LoD). Starting from the representation of the existing building stock using Archetypes, a bottom-up extrapolation (also known as scaled-up methodology) is applied, using the results obtained from the energy simulations performed by the parameterization of each Archetype. The application of Excel-based strategic decision-making tool allows the user to make two types of studies: (I) At the building scale, a comparison of different improvement package strategies, for one type of housing in a particular climatic zone. (II) At the territory-scale, a comparison of different improvement package strategies to have an overview of all types of buildings and all climatic zones simultaneously. The results include economic and financial aspects, consumption and energy savings, associated GHG equivalent emissions, and the results of the life-cycle analysis (LCA) and cost (LCC). These outcomes allow verifying if the proposed scenarios could reach the objectives for nZEBs. Ultimately, this research shall contribute to helping firms in the construction sector adapt their business plans towards the promotion of urban renewal projects by improving existing buildings, while also supporting stakeholders of urban planning in making strategic decisions at medium/long -term towards a sustainable urban renewal process of the building stock.

Una de las principales prioridades de los países europeos es la reducción del consumo de energía y las emisiones de gas a efecto invernadero (GEI) causadas por el entorno construido. En relación a este objetivo, y ya que las ciudades del futuro están en gran parte construidas, la mayoría de estrategias hacen hincapié en la importancia de los procesos de renovación urbana para lograr alcanzar los objetivos de sostenibilidad en términos económicos, sociales y medioambientales. De hecho, en los países europeos en general y en España en particular, existe un gran potencial de ahorro de energía y de emisiones de GEI. En España, la mayoría de los edificios de viviendas que están en pie hoy en día, se construyeron antes de 2001 en base a reglamentaciones térmicas muy poco exigente en comparación con las actuales, como consecuencia, estos edificios necesitan grandes cantidades de energía para satisfacer un confort interior adecuado. Teniendo en cuenta el contexto global del país y la crisis económico financiera que está afectando especialmente al sector de la construcción, el futuro del sector está en la rehabilitación del entorno ya construido, el cual es el responsable del 40% del consumo de energía primaria del país. La originalidad de esta investigación radica en la aplicación de la metodología de coste-óptimo a escala territorial, a partir de datos estadísticos y del censo de la población, teniendo en cuenta las 12 zonas clim áticas del territorio español para ofrecer la posibilidad de llevar a cabo una evaluación multicriterio que va a permite comparar diferentes escenarios de intervención según diversos escenarios macroeconómicos. En esta tesis se presenta la aplicación de la metodología de coste-óptimo a escala territorial con el objetivo de estimar el potencial de ahorro de energía de los edificios de viviendas construidas hasta 2001. As í mismo, se propone la implementación de la metodología de evaluación en una herramienta de ayuda a la toma de decisiones estratégicas, programada en MS Excel®. Esta herramienta va a permitir ayudar a seleccionar las estrategias de intervención más idóneas en cada caso, permitiendo comparar los resultados con los objetivos europeos en base al estándar nearly Zero Energy Building (nZEB). Así mismo, este trabajo de investigación propone un nuevo enfoque sistemático que permite relacionar las diferentes escalas de intervención (territorial, ciudad/barrio y edificio) a través de simulaciones de energía basadas en diferentes niveles de detalle (LoD), partiendo de la representación del stock de edificios existentes a partir de Arquetipos y del m étodo de extrapolación botom-up conocido como scaled-up, usando los resultados obtenidos de las simulaciones energéticas realizadas mediante la parametrización de cada Arquetipo. La aplicación de la metodología propuesta por este trabajo va permite llevar a cabo dos tipos de estudios: (I) A escala del edificio, comparando diferentes paquetes de mejora, teniendo en cuenta un solo tipo de edificio para una zona clim ática determinada. (II) A escala territorial, comparando diferentes escenarios de intervención y obteniendo una visión global teniendo en cuenta al mismo tiempo todos los tipos de edificio y zonas clim áticas. Además, los resultados incluyen aspectos económico-financieros, consumo y ahorro de energía, emisiones asociadas y el resultado del análisis del ciclo de vida (ACV) y costes (ACC); verificando en todo momento si los escenarios propuestos alcanzarían los objetivos fijados para los edificios nZEB. Los resultados de esta tesis tienen como objetivo apoyar el proceso de renovación urbana sostenible del parque de viviendas existentes en España, ayudando a las empresas del sector de la construcción a adaptar sus planes de negocio hacia la promoción de proyectos de rehabilitación urbana. Así como, a los principales actores de la planificación urbana encargados de la toma de decisiones estratégicas a medio/largo plazo