Modelització energètica d’edificis a escala urbana a Andorra. Reducció dels desajustos dels models mitjançant dades de consum d'energia desagregades

Abstract

(English) The building sector has nowadays become a key point for policies and strategies to reduce energy and greenhouse gas emissions. The significant and unprecedented urban expansion that occurred in recent years and that is still ongoing today, combined with the high energy consumption that characterises the construction sector and the longevity of buildings built before the appearance of energy regulations, are some of the reasons that have put the building sector in the spotlight in order to achieve the ambitious goal of carbon neutrality by 2050. To significantly reduce energy consumption and emissions, in both existing and new buildings, and thus achieve climate goals, municipalities need a better understanding not only of the current energy performance of buildings, but also the future impact that could have energy retrofit programs and changes in the energy supply infrastructure. In this sense, bottom-up urban building energy models, known as UBEM, are considered as one of the most promising tools in the field of urban simulation, as they are able to incorporate different data sets related to the building stock as well as the external factors affecting it. Unfortunately, the discrepancies between UBEM results and real energy consumption data are an obstacle to their widespread use in political decision-making. Reducing these discrepancies is one of the main challenges in this area of research. While most of the research carried out for this purpose points to the calibration of UBEM as the solution to this discrepancy, few studies address the issue of the building stock fragmentation, necessary to implement energy models at the urban scale. With the aim of reducing the mismatches between the UBEM and buildings’ metered energy consumption, the backbone of this thesis consists in the definition of a new methodology for building stocks fragmentation in order to obtain representative archetypes of the heterogeneity and energy diversity of the buildings using disaggregated energy consumption data. In order to evaluate its validity, this methodology has been implemented in a UBEM of residential buildings in the municipality of Escaldes-Engordany, in the Principality of Andorra. The results obtained are compared with those of the more common fragmentation approach, the deterministic fragmentation, and show that the proposed methodology better represents the building stock energy reality. This thesis contributes to the effective energy transition of the building sector through the development of decision support tools. In addition to the study of this new methodology, a series of specific contributions useful for Escaldes-Engordany and, more broadly for the Principality of Andorra, have been generated during the course of this thesis. Among these, the implemented UBEM stands out as the first urban-scale model in Andorra on which to evaluate the potential of the energy saving measures to be implemented in the construction sector.

(Català) El sector de l’edificació s’ha convertit a hores d’ara en un punt clau per a les polítiques i estratègies de reducció d’energia i emissions de gasos d’efecte hivernacle. L’important expansió urbana sense precedents soferta durant els darrers anys encara persistent a dia d’avui, així com l’elevat consum energètic del sector de l’edificació i la longevitat dels edificis construïts abans de l’aparició dels reglaments energètics són algunes de les raons que han posat al sector de l’edificació en el punt de mira per atènyer l’ambiciós objectiu de neutralitat carboni per l’any 2050. Per reduir notablement el consum d’energia i les emissions, tant en edificis existents com de nova construcció, i assolir així els objectius climàtics, les ciutats necessiten d’una millor comprensió, no només del comportament energètic actual dels edificis sinó també de quins efectes futurs podrien tenir els programes integrals de reconversió energètica i els canvis en la infraestructura de subministrament d’energia. En aquest sentit, els models energètics d’edificis a escala urbana de tipus bottom-up, coneguts com a UBEM, estan considerats com una de les eines més prometedores en l’àmbit de la simulació urbana capaç d’incorporar diferents conjunts de dades sobre el parc edificat així com els factors externs que l’afecten. Malauradament, els desajustos entre els resultats d’aquests i les dades reals de consum energètic representen una barrera per a la seva utilització generalitzada en la presa de decisions polítiques. La reducció d’aquests desajustos és un dels principals reptes d’aquest camp d’estudi. Mentre la majoria de recerca realitzada amb aquest propòsit assenyala al calibratge dels UBEM com la solució a aquest desajust, pocs estudis aborden la qüestió de la fragmentació del parc edificat necessària per poder implementar models energètics a escala urbana. Amb l’objectiu de reduir els desajustos entre els UBEM i la realitat energètica del parc edificat, l’eix central d’aquesta tesi consisteix en la definició d’una nova metodologia de fragmentació del parc edificat per l’obtenció d’arquetips representatius de la heterogeneïtat i diversitat energètica dels edificis utilitzant dades de consum energètic desagregades. Per poder-ne avaluar la seva validesa, aquesta s’ha implementat en un UBEM dels edificis residencials de la parròquia d’Escaldes-Engordany, al Principat d’Andorra. Els resultats obtinguts es comparen amb els de la metodologia de fragmentació més habitual, la fragmentació determinista, demostrant que la metodologia proposada s’ajusta millor a la realitat energètica del parc edificat. Aquesta tesi contribueix en la transició energètica eficaç del sector de l’edificació mitjançant la generació d’eines que donen suport a la presa de decisions. A més de l’exploració d’aquesta nova metodologia, durant el transcurs de la present tesi doctoral, s’han generat una sèrie d’aportacions específiques d’utilitat per Escaldes-Engordany i, de forma extensiva, per al Principat d’Andorra. Entre aquestes destaca l’UBEM implementat, el primer model a escala urbana d’Andorra sobre el qual poder avaluar el potencial de les mesures d’estalvi energètic a implementar en el sector de la edificació.