Forum Policy challenges for building stocks

The Building Research & Information special issue titled ‘Climate Change: National Building Stocks’ (2007) (volume 35, number 4) describes the significance of the existing building stocks. Policies that result in integrated, low-carbon buildings and energy systems that provide people with services (e.g., thermal comfort, lighting, and hot water) are crucial for meeting global challenges. In general, it is easier and cheaper to reduce emissions from buildings with energy efficiency and renewables than in other sectors; therefore, it is probable that greater reductions will be required from buildings than from other sectors. Buildings are long lived, so poor policies for buildings will incur a heavy penalty for many decades into the future. Population growth and urbanization are most rapid in developing countries. Therefore, most new buildings will be constructed there and it is vital these have the highest performance. In developed countries populations are almost static and the built environment changes slowly, so the challenge is to improve existing buildings. Policies must be effective in the implementation of well-known energy efficiency and supply measures in buildings, in terms of both installation and operation. Decarbonizing buildings, as indeed the rest of the energy economy, is not so much a technological problem but more of a social and political problem.

Le numéro spécial de Building Research & Information intitulé ‘Le changement climatique: les parcs de logements nationaux’ (2007) (volume 35, N°4) décrit l'importance du parc de logements existant. Les politiques qui se traduisent par des bâtiments intégrés sobres en carbone et des systèmes énergétiques qui fournissent des services aux occupants (par exemple, le confort thermique, l'éclairage et l'eau chaude) sont essentielles pour relever les défis d'ensemble. D'une manière générale, il est plus facile et moins cher de réduire les émissions provenant de bâtiments efficaces sur le plan de l'énergie et des renouvelables que dans d'autres secteurs. Il est donc probable que des réductions plus importantes seront exigées du secteur du bâtiment que d'autres secteurs. Les bâtiments ont une longue durée de vie utile et ceux de conception médiocre seront fortement pénalisés pendant de nombreuses décennies à venir. La croissance démographique et l'urbanisation sont plus rapides dans les pays en développement. C'est donc dans ces régions que la construction de bâtiments neufs sera la plus importante et il est essentiel que leurs performances soient les meilleures possibles. Dans les pays industrialisés, la démographie est pratiquement statique et le parc bâti évolue lentement; la difficulté réside donc dans l'amélioration des bâtiments existants. Il faut des politiques efficaces de mise en ?uvre de mesures bien connues d'efficacité énergétique et de fourniture d'énergie pour les bâtiments, tant en termes d'installation que d'exploitation. La décarbonisation dans le secteur du bâtiment, comme d'ailleurs le reste du secteur énergétique, n'est pas tant un problème technologique qu'un problème social et politique.

Mots clés: parc de logements, réduction des émissions de dioxyde de carbone (CO₂), intensité carbone, changements climatiques, démographie, pays en développement, politiques publiques     

Modelling building stock geometry for energy,emission and mass calculations

The effect of energy efficiency measures is generally evaluated for one or only a few houses. While the energy and environmental optimization of a particular building design is crucial, this cannot easily draw generic conclusions for future building designs. A method is presented for considering the effect of building geometry in simplified energy and life cycle assessment studies. Based on architectural and functional considerations, realistic ranges were determined for the parameters describing the geometry of ‘technically feasible’ buildings and their relationships. These parameters include floor area, the number of storeys, the perimeter-to-floor area ratio, the ratio of the building envelope adjoining neighbouring heated buildings, the window ratio and frame factor, the density of partition walls, and the roof slope. An algorithm is developed for the random generation of a large building sample based on the realistic ranges of these geometric parameters. By analysing the results, it is possible to calculate the expected value, standard deviation and confidence interval of the sample. The application of the method is shown in an example. The cumulative non-renewable energy demand is calculated for the whole life cycle and for different building types.

On évalue généralement l'effet des mesures de l'efficacité énergétique sur une ou seulement quelques habitations. Alors que l'optimisation énergétique et environnementale d'un modèle de bâtiment particulier est essentielle, elle ne permet pas de tirer facilement des conclusions génériques pour les futurs concepts de bâtiments. Cet article présente une méthode qui permet de prendre en considération l'effet de la géométrie d'un bâtiment dans des études d'évaluation simplifiées de l'énergie et du cycle de vie. En s'appuyant sur des considérations architecturales et fonctionnelles, on a défini des plages réalistes pour les paramètres décrivant la géométrie de bâtiments « réalisables sur le plan technique » et leurs relations. Ces paramètres incluent la surface au sol, le nombre de niveaux, le ratio entre le périmètre et la surface au sol, le ratio de l'enveloppe de bâtiments chauffés se trouvant à proximité, le ratio des fenêtres et le facteur de châssis, la densité des cloisons et la pente du toit. Un algorithme a été calculé pour la génération d'un grand échantillon aléatoire de bâtiments basé sur des plages réalistes de ces paramètres géométriques. En analysant les résultats, on peut calculer les valeurs escomptées, les écarts standard et l'intervalle de confiance de l'échantillon. L'application de cette méthode est décrite au moyen d'un exemple. La demande cumulée en énergie non renouvelable est calculée pour l'ensemble du cycle de vie et pour différents types de bâtiments.

Mots clés: géométrie des bâtiments, morphologie des bâtiments, parc bâti, efficacité énergétique, évaluation du cycle de vie, bâtiments résidentiels, Hongrie     

Using Display Energy Certificates to quantify schools' energy consumption

The UK non-domestic sector accounts for 2 million buildings and 19% of national CO₂ emissions, representing a significant opportunity for emission reductions. However, substantial improvement of the stock requires a greater understanding of current energy performance characteristics. This paper explores energy consumption in English schools, using data from the Display Energy Certificates (DECs) database. DECs are a key step in understanding the non-domestic stock, incorporating national-scale statistical data, covering bottom-up details of the individual buildings. Significant variations in emissions between primary and secondary schools and academies exist, primarily caused by large differences in electricity consumption. Considering pupil numbers is shown to accentuate the differences, revealing a 47% rise in CO₂ emissions per pupil from primary to secondary schools, and a further increase between secondary schools and academies. The extent to which building characteristics, including location, heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) and size, influence performance has also been evaluated. Location, HVAC and school density are shown to correlate with variations in energy use. Finally, a comparison of current school performance against past data reveals considerable reductions in fossil-thermal energy consumption over the last decade. However, this has been offset by a significant increase in electricity consumption, resulting in rising typical emissions across the school types.

Le secteur non domestique britannique représente 2 millions de bâtiments et 19% des émissions de CO₂ du pays, ce qui constitue une importante opportunité de réduction des émissions. Cependant, une amélioration substantielle du parc exige une plus grande compréhension des caractéristiques actuelles des performances énergétiques. Cet article examine la consommation d'énergie dans les écoles anglaises, en utilisant les données provenant de la base de données des Display Energy Certificates (DEC – Certificats de Performance Energétique à afficher). Les certificats DEC sont une étape clé pour mieux connaître le parc non domestique, intégrant des données statistiques à l'échelle nationale et couvrant en détail selon une approche ascendante les différents bâtiments. D'importantes variations des émissions entre les écoles primaires, les écoles secondaires et les académies existent, principalement dues à de grandes différences dans la consommation électrique. Il est démontré que la prise en compte du nombre d'élèves accentue les différences, révélant une hausse de 47% des émissions de CO₂ par élève entre les écoles primaires et secondaires, une hausse supplémentaire intervenant entre les écoles secondaires et les académies. A également été évalué le degré d'influence sur les performances des caractéristiques des bâtiments, au nombre desquelles l'emplacement, le chauffage, la ventilation mécanique et la climatisation (CVCA), ainsi que la taille. Il est démontré que l'emplacement, la CVCA et la densité des écoles sont en corrélation avec les variations de la consommation d'énergie. Enfin, une comparaison des performances actuelles des écoles par rapport aux données passées révèle des réductions considérables de la consommation d'énergie thermique fossile au cours de la dernière décennie. Cependant, ceci a été contrebalancé par une augmentation importante de la consommation d'électricité, qui s'est traduite par une hausse des émissions moyennes sur l'ensemble des types d'écoles.

indicateurs de référence, parc immobilier, émissions de CO₂, Certificats de Performance Energétique (DEC), consommation d'énergie, écoles     

A data framework for measuring the energy consumption of the non-domestic building stock

The transition to a low-carbon economy urgently demands better information on the drivers of energy consumption. UK government policy has prioritized energy efficiency in the built stock as a means of carbon reduction, but the sector is historically information poor, particularly the non-domestic building stock. This paper presents the results of a pilot study that investigated whether and how property and energy consumption data might be combined for non-domestic energy analysis. These data were combined in a ‘Non-Domestic Energy Efficiency Database’ to describe the location and physical attributes of each property and its energy consumption. The aim was to support the generation of a range of energy-efficiency statistics for the industrial, commercial and institutional sectors of the non-domestic building stock, and to provide robust evidence for national energy-efficiency and carbon-reduction policy development and monitoring. The work has brought together non-domestic energy data, property data and mapping in a ‘data framework’ for the first time. The results show what is possible when these data are integrated and the associated difficulties. A data framework offers the potential to inform energy-efficiency policy formation and to support its monitoring at a level of detail not previously possible.

Le passage à une économie bas carbone exige de toute urgence de meilleures informations sur les facteurs de consommation énergétique. La politique du gouvernement britannique a donné la priorité à l'efficacité énergétique du parc bâti en tant que moyen de réduction du carbone, mais ce secteur est historiquement pauvre en informations, s'agissant en particulier du parc bâti non résidentiel. Cet article présente les résultats d'une étude pilote qui a étudié si et comment les données relatives à l'immobilier et à la consommation énergétique pouvaient être combinées afin d'analyser la consommation d'énergie non résidentielle. Ces données ont été combinées en une « Base de Données de l'Efficacité Energétique Non Résidentielle », de façon à décrire l'emplacement et les attributs physiques de chaque bien immobilier et sa consommation d'énergie. Le but était d'appuyer la création d'un éventail de statistiques sur l'efficacité énergétique concernant les secteurs industriels, commerciaux et institutionnels du parc bâti non résidentiel, et de fournir des éléments probants solides pour le développement et le suivi d'une politique nationale d'efficacité énergétique et de réduction du carbone. Ces travaux ont rassemblé pour la première fois sous forme d'un « cadre de référence » des données sur l'énergie non résidentielle, des données sur l'immobilier et un mappage de ces données. Les résultats montrent ce qu'il est possible de faire lorsque ces données sont intégrées, ainsi que les difficultés qui s'y rapportent. Un cadre de référence offre la possibilité d'influer sur l'élaboration des politiques d'efficacité énergétique et d'en appuyer le suivi à un niveau de précision qui n'était pas possible auparavant.

Mots clés: parc bâti, consommation, données, base de données, statistiques énergétiques, énergie, politique fondée sur des données probantes, cadre de référence     

Life cycle energy assessment of Australian secondary schools

The Australian Department of Commerce builds many secondary schools in New South Wales every year, and the impact of energy consumption for such a type of construction has rarely been done before in Australia. Although there is a particular responsibility to ensure that public-owned projects contribute to the future well-being of the natural environment, environmental performance and energy efficiency of public projects are not well studied. In order that more informed design and planning decisions can be made about the future construction of school projects, this research paper uses life cycle energy analysis to study the total energy consumption of 20 public secondary school projects in New South Wales. The results will serve as a model for a more comprehensive analysis of energy consumption in establishing environmental performance criteria for the design and construction of future school projects in New South Wales.

Le ministère australien du Commerce construit chaque année de nombreuses écoles secondaires dans la province de Nouvelle Galles du Sud; l'étude de l'impact de la consommation d'énergie de ce type de bâtiment a rarement été faite auparavant en Australie. Bien qu'il existe une responsabilité particulière à s'assurer que les projets contribuent au développement harmonieux de l'environnement naturel, les performances environnementales et l'efficacité énergétique des projets publics ne font pas l'objet d'études sérieuses. Pour que l'on puisse prendre des décisions mieux étayées en matière de conception et de planning de futurs projets de construction d'écoles, cette communication s'appuie sur l'analyse énergétique du cycle de vie pour étudier la consommation énergétique totale de 20 projets d'écoles secondaires publiques en Nouvelle Galles du Sud. Les résultats obtenus serviront de modèles à une analyse plus complète de la consommation d'énergie en établissant des critères de performances environnementales applicables à la conception et à la construction de futures écoles en Nouvelle Galles du Sud.

Mots clés: Performances des bâtiments, énergie intégrée, analyse énergétique du cycle de vie, énergie opérationnelle, bâtiments publics, écoles     

National building stocks: addressing energy consumption or decarbonization?

The Building Research & Information special issue titled ‘Climate Change: National Building Stocks’ (2007) focused attention on the potential that the national building stock has in reducing CO₂ emissions. However, can this potential be realized? To do so requires faith in energy models that suggest that demolition, new build, and the refurbishing of existing homes with insulation measures can deliver massive energy savings by 2050. But why, in the future, can there be increased efficiency and reduced consumption, when this has never occurred in the past? It is argued that the central weakness in the special issue papers is the neglect of the relationship between energy consumption and energy efficiency, and of the ‘rebound effect’. The primary goal, should after all, be to reduce carbon emissions rather than energy use. Hence, emphasis should be placed on decarbonizing the centralized energy-supply systems. However, there will be a role here for micro-generation, building on the favourable image that energy efficiency has amongst the public. In 2050, we may be a low-carbon society, but I doubt we will be a low-energy one.

Le numéro spécial de Building Research & Information intitulé « Changement Climatique: le Parc Bâti National » (2007) a attiré l'attention sur le potentiel de réduction des émissions de CO₂ que possède le parc bâti national. Cependant, ce potentiel peut-il être réalisé? Pour y parvenir, il faut se fier à des modèles énergétiques qui suggèrent que les démolitions, les constructions neuves et une rénovation des logements existants s'accompagnant de mesures d'isolation peuvent assurer des économies d'énergie massives d'ici à 2050. Mais pourquoi y aurait-il à l'avenir un accroissement du rendement énergétique et une réduction de la consommation, alors que cela ne s'est jamais produit par le passé? Il est argumenté que le point faible central des articles de ce numéro spécial réside dans le fait qu'il n'est tenu compte ni de la relation entre consommation d'énergie et rendement énergétique, ni de « l'effet de rebond». Le but premier devrait être, après tout, de réduire les émissions de carbone plutôt que d'utiliser de l'énergie. De sorte que l'accent devrait être mis sur la décarbonisation des systèmes centralisés d'approvisionnement énergétique. Néanmoins, il y aura là un rôle à jouer pour la micro-génération, en tirant parti de l'image favorable que possède le rendement énergétique auprès du public. En 2050, nous serons peut-être une société à faible émission de carbone, mais je doute que nous devenions une société à faible consommation d'énergie.

Mots clés: parc bâti, changement climatique, démolitions, consommation d'énergie, rendement énergétique, faible émission de carbone, mesures politiques, effet de rebond     

Resilience to increasing temperatures: residential building stock adaptation through codes and standards

The resilience of the current Spanish residential building stock to increased temperatures is modelled. Homogenized daily temperature data recorded at 50 Spanish meteorological stations for the periods 1950–1979 and 1981–2010 were used to investigate anticipated climate warming on the Spanish residential building stock by means of the degree-day method. Impacts on residential buildings were investigated for three different future time periods (2011–2040, 2041–2070 and 2071–2100) for three representative Spanish provincial capitals. Future climate change scenarios comprising two statistical downscaling methods, three general circulation models and two carbon emission scenarios were used to project local climate. Results show that 72% of current residential building stock in Spain is thermally unprotected. In addition, the energy demand for heating the building sector in Spain is expected to decrease by between 30% (Barcelona, B2 scenario) and 36% (Valencia, A2 scenario) by 2100, while the respective energy demand for cooling could increase by between 107% (Valencia, B2 scenario) and 296% (Madrid, A2 scenario) by 2100. To increase resilience to higher winter and summer temperatures, strategies for modifying the built environment are needed, particularly for the role of building codes and standards.

La résilience du parc bâti résidentiel espagnol actuel face à l'augmentation des températures est modélisée. Les données homogénéisées des température journalières enregistrées dans 50 stations météorologiques espagnoles pour les périodes 1950–1979 et 1981–2010 ont été utilisées pour étudier le réchauffement climatique prévu sur le parc bâti résidentiel espagnol en utilisant la méthode des degrés-jours. Les répercussions sur les immeubles résidentiels ont été étudiées pour trois périodes futures différentes (2011–2040, 2041–2070 et 2071–2100) et pour trois capitales provinciales espagnoles représentatives. Il a été utilisé des scénarios de changement climatique futur comprenant deux méthodes de réduction d'échelle statistique, trois modèles de circulation générale et deux scénarios d'émission de carbone pour prévoir le climat local. Les résultats montrent que 72 % du parc bâti résidentiel actuel de l'Espagne est dépourvu de protection thermique. Il est en outre prévu que la demande énergétique liée au chauffage dans le secteur du logement en Espagne diminue de 30 % (Barcelone, scénario B2) à 36 % (Valence, scénario A2) d'ici à 2100, tandis que la demande énergétique respective liée à la climatisation pourrait augmenter de 107 % (Valence, scénario B2) à 296 % (Madrid, scénario A2) d'ici à 2100. Afin d'augmenter la résilience face à des températures hivernales et estivales plus élevées, il est nécessaire de disposer de stratégies de modification du cadre bâti, concernant en particulier le rôle des codes et des normes du bâtiment.

Mots clés: stratégies d'adaptation, performances des bâtiments, réglementation du bâtiment, parc bâti, changement climatique, degrés-jours, surchauffe, confort thermique, vulnérabilité, Espagne     

Dynamics of urban and rural housing stocks in China

The massive migration flows from rural to urban areas in China, combined with an expected decline in the total population over the next decades, leads to two important challenges for China's housing: the growth of its urban housing stock and the shrinkage of rural housing. The rural and urban housing systems in China were analyzed using a dynamic material flow analysis model for the period 1900–2100 for several scenarios assuming different development paths for population, urbanization, housing demand per capita, and building lifetime. The simulation results indicate that new housing construction is likely to decline for several decades due to the fast growth over the past 30 years and the expected increased longevity of dwellings. Such an oscillation of new construction activity would have significant implications for the construction industry, employment, raw material demand, and greenhouse gas emissions to produce the construction materials. Policy and practical options for mitigating the negative impacts are considered.

Les flux migratoires massifs des zones rurales vers les zones urbaines en Chine, conjugués à un déclin prévu de la population totale au cours des prochaines décennies, entraînent deux défis importants pour le logement en Chine : la croissance de son parc de logements urbains et la diminution des logements ruraux. Les systèmes de logements ruraux et urbains en Chine ont été analysés en utilisant un modèle d'analyse dynamique des flux de matériaux sur la période 1900-2100 appliqué à plusieurs scénarios supposant différentes voies de développement concernant la population, l'urbanisation, la demande de logements par habitant et la durée de vie des bâtiments. Les résultats de la simulation indiquent qu'il est probable que la construction de logements neufs diminuera pendant plusieurs décennies en raison de la croissance rapide des 30 dernières années et de l'accroissement prévu de la durée de vie des logements. Une telle oscillation de l'activité de construction de logements neufs aurait d'importantes implications pour l'industrie du bâtiment, l'emploi, la demande en matières premières et les émissions de gaz à effet de serre résultant de la production des matériaux de construction. Les choix politiques et pratiques qui permettraient d'en atténuer les effets négatifs sont envisagés.

Mots clés: parcs de bâtiments, demande de constructions neuves, analyse dynamique des flux de matériaux, parc de logements, durée de vie, tendances, urbanisation, Chine     

Life-cycle energy analysis of buildings: a case study

Energy use is a widely used measure of the environmental impact of buildings. Recent studies have highlighted the importance of both the operational and embodied energy attributable to buildings over their lifetime. The method of assessing lifetime building energy is known as life-cycle energy analysis. With Kyoto target obligations necessitating the quantification of greenhouse gas emissions at the national level, it seems increasingly probable that analyses of this kind will increase in use. If conducted in primary energy terms, such analyses directly reflect greenhouse gas emissions, except for a few processes which involve significant non-energy related emissions such as cement manufacture. A Life-Cycle Assessment would include these issues, as well as other environmental parameters, though probably with a corresponding decrease in system boundary completeness. This paper briefly explains some of the theoretical issues associated with life-cycle energy analysis and then uses an Australian based case study to demonstrate its use in evaluating alternative design strategies for an energy efficient residential building. For example, it was found that the addition of higher levels of insulation in Australia paid back its initial embodied energy in life-cycle energy terms in around 12 years. However, the saving represented less than 6% of the total embodied energy and operational energy of the building over a 100-year life cycle. This indicates that there may be other strategies worth pursuing before additional insulation. Energy efficiency and other environmental strategies should be prioritized on a life-cycle basis.

La consommation d'énergie est un paramètre très utilisé lorsque l'on veut mesurer l'impact des bâtiments sur l'environnement. Des études conduites récemment ont mis en lumière l'importance de l'énergie opérationnelle et celle de l'énergie intrinsèque dégagées par les bâtiments pendant leur durée de vie. L'analyse énergétique des bâtiments pendant leur cycle de vie est une méthode d'évaluation de l'énergie d'un bâtiment pendant sa durée de vie. Pour respecter les objectifs de la Conférence de Kyoto, il faut quantifier les émissions de gaz de serre au niveau national; il semble donc de plus en plus probable que la pratique de ces analyses va aller en augmentant. Si elles portent sur l'énergie primaire, ces analyses rendront parfaitement compte des émissions de gaz à effets de serre, sauf pour quelques procédés industriels, comme la fabrication du ciment, où les émissions de ces gaz ne sont pas liées à l'énergie. Toute évaluation du cycle de vie doit tenir compte de ces questions mais aussi d'autres paramètres environnementaux, mais avec, sans doute, une moindre netteté des limites des systèmes. Le présente communication expose brièvement quelques uns des problèmes théoriques liés aux analyses ènergétiques sur le cycle de vie et s'appuie sur une étude de cas australienne pour démontrer son utilitè à évaluer d'autres stratégies de conception de bâtiments à usage d'habitation à faible consommation d'énergie. On a constaté, par exemple, qu'en Australie le fait d'ajouter des niveaux d'isolation remboursait en 12 ans environ l'énergie intrinsèque initiale en terme d'énergie sur le cycle de vie. Toutefois, les economies répresentaient moins de 6% de l'énergie intrinsèque totale et de l'energie opérationnelle du bâtiment sur un cycle de vie de 100 ans. Cela veut dire qu'il serait peut etre intéressant d'envisager d'autres stratégies avant d'augmenter l'isolation. On devrait donner priorité à l'efficacité énergétique et à d'autres stratégies environnementales sur la base du cycle de vie.     

Energy epidemiology: a new approach to end-use energy demand research

The call for action to transform the built environment and address the threats of climate change has been clearly made. However, to support the development, implementation and on-going evaluation of energy demand policy, a strong evidence base is needed to identify associations and establish underlying causes behind outcomes and variations in end-use energy demand within the population. A new approach to end-use energy demand research is presented which is founded on the interdisciplinary health sciences research framework of epidemiology, along with the establishment of a research centre. A case is made that through an ‘energy epidemiology’ approach a strong, population-level, empirically based research foundation can be advanced. Energy epidemiology is a whole-system approach that focuses on empirical research and provides a methodological framework for building physicists, engineers, sociologists and economists to engage in interdisciplinary work. The adaptation of the epidemiological approach to end-use energy demand studies will provide the means to observe and describe the trends and patterns of energy demand, to undertake and contextualize interventional studies, and to establish strong associations between factors that lead to an energy demand-related outcome or event. Such an approach would strengthen the evidence base to inform policy decisions and evaluate past intervention programmes or regulatory actions.

Il a été clairement lancé un appel pour mettre en place des mesures propres à transformer le cadre bâti et à faire face aux menaces du changement climatique. Néanmoins, pour soutenir l'élaboration, la mise en ?uvre et l'évaluation en continu de la politique relative à la demande énergétique, il est nécessaire de disposer d'une solide base de données factuelle pour identifier les associations et établir les causes sous-jacentes des résultats et des variations de la demande énergétique des utilisateurs finals au sein de la population. Il est présenté une nouvelle approche pour l'étude de la demande énergétique des utilisateurs finals, qui est fondée sur le cadre interdisciplinaire de l'épidémiologie utilisé pour les recherches dans les sciences de la santé, ainsi que sur l'établissement d'un centre de recherche. Il est fait valoir que, par une approche basée sur une « épidémiologie de l'énergie », il est possible de faire progresser la fondation d'une recherche empirique solide au niveau de la population. L'épidémiologie de l'énergie est une approche systémique globale qui est axée sur la recherche empirique et fournit un cadre méthodologique aux physiciens, ingénieurs, sociologues et économistes du bâtiment afin qu'ils participent à des travaux interdisciplinaires. L'adaptation de l'approche épidémiologique aux études relatives à la demande énergétique des utilisateurs finals donnera les moyens d'observer et de décrire les tendances et les schémas de la demande énergétique, d'entreprendre et de contextualiser des études interventionnelles, et d'établir les associations fortes entre les facteurs qui conduisent à un résultat ou à un événement lié à la demande énergétique. Une telle approche renforcerait la base de données factuelle afin d'éclairer les décisions en matière de politique et d'évaluer les programmes d'intervention passés ou les mesures réglementaires prises.

Mots clés: bâtiments, cadre bâti, demande énergétique, épidémiologie, base factuelle, interdisciplinaire, politique publique, recherche     

Dynamic material flow analysis for Norway's dwelling stock

The architecture, engineering and construction industry is a major producer of waste, and a major consumer of primary materials. This study presents a method for analysing the dynamics of both floor area and material use in residential housing. The population's demand for housing represents the driver in the system, and the subsequent effects on stocks and flows of residential floor area and building materials in Norway are investigated from 1900 to the projected demands for 2100. Results show that knowledge about past activity levels is important in projecting future levels. Scenarios are applied to the input parameters in the dynamic model to investigate the impacts of changes in these, including variations in material usage (concrete and wood) and material density. All but one scenario suggest a continued increase in the residential housing stock, although at diminishing growth rates, and a substantial increase in demolition, renovation and construction activity in the last half of the present century.

Le secteur de l'architecture, de l'ingénierie et de la construction est un des principaux producteurs de déchets et figure parmi les premiers consommateurs de matières premières. Cette étude présente une méthode d'analyse de l'évolution des surfaces de plancher et de l'utilisation des matériaux dans le logement résidentiel. Le moteur du système est la demande de la population en matière de logement et l'étude examine les effets de cette demande sur les « stocks » et les flux de surfaces résidentielles et de matériaux de construction en Norvège depuis 1900 et, en projection, jusqu'en 2100. Les résultats montrent qu'une bonne connaissance des activités passées est importante pour prévoir les niveaux à venir. Des scénarios appliqués aux paramètres d'entrée du modèle dynamique permettent d'étudier les conséquences de leurs variations, notamment en ce qui concerne l'utilisation des matériaux (béton et bois) et leur densité. Tous ces scénarios, à l'exception d'un seul, prévoient une croissance continue du parc de logements résidentiels – avec un rythme toutefois moins soutenu – ainsi qu'une augmentation substantielle des activités de démolition, de rénovation et de construction au cours de la seconde moitié de ce siècle.

Mots clés: parc de bâtiments?démolition?parc de logements résidentiels?analyse dynamique du flux des matériaux?demande en matériaux?tendances?génération de déchets     

Towards modelling of construction,renovation and demolition activities: Norway's dwelling stock, 1900–2100

The activities of construction, renovation and demolition related to the dwelling (housing) stock have a strong impact on both material and energy demands. A deeper understanding of the dynamics driving these activities is a precondition for a more consistent way to address material and energy demands. The method presented herein is based on a dynamic material flow analysis and is applied to the Norwegian dwelling stock. Input data to the model are population and socio-economic lifestyle indicators such as the average number of persons per dwelling and the average size of dwellings; these determine the size of the floor area stock. Parameters such as the lifetime of dwellings and renovation intervals complete the input set. Outputs of the model are the stock and flows of floor area for the period 1900–2100. Analysis of the renovation activity is given particular attention. Several scenarios are considered in order to test the model's sensitivity to input's uncertainties. Results are compared with statistical data, where the latter are available. The main conclusion is that in the coming decades renovation is likely to overtake construction as the major activity in the Norwegian residential sector.

Les activités de construction, de rénovation et démolition relatives au parc de logements ont un fort impact sur la demande de matériaux et d'énergie. Une meilleure compréhension de la dynamique qui anime ces activités est une condition préalable à une méthode plus cohérente de traitement des demandes de matériaux et d'énergie. La méthode présentée ici repose sur une analyse dynamique des flux de matériaux telle qu'elle est appliquée au parc de logements en Norvège. Les données fournies au modèle sont des indicateurs du mode de vie de la population et des indicateurs socio-économiques comme le nombre moyen de personnes par logement et la taille moyenne des logements; ces indicateurs déterminent la superficie des logements. Des paramètres comme la durée de vie des logements et les intervalles de rénovation complètent les données d'entrée. Les résultats du modèle sont le parc de logements et sa superficie pour la période 1900–2100. L'analyse de l'activité de rénovation reçoit une attention particulière. Plusieurs scénarios sont envisagés afin de mettre à l'épreuve la sensibilité du modèle par rapport aux incertitudes des entrées. Les résultats sont comparés aux données statistiques lorsque ces dernières sont disponibles. La conclusion principale réside dans le fait que dans les prochaines décennies, le secteur de rénovation risque de dépasser celui de la construction en tant qu'activité majeure du secteur résidentiel norvégien.

Mots clés: parc de bâtiments, construction, démographie, démolition, prévisions, logement, analyse des flux de matériaux, rénovation, parc résidentiel, Norvège     

Life cycle energy analysis of a zero-energy house

Most zero-energy concepts focus on a reduction of the non-renewable operational energy use in buildings rather than taking the reduction of their life cycle energy use as a starting point. Nevertheless, the life cycle embodied and end-of-life energy will become more important, especially in buildings with low operational energy. Therefore, the life cycle energy use of a Belgian zero-energy reference house is examined by means of life cycle energy assessment. The influence of design decisions and regulations on the building construction type, the building services, and the performance of the building envelope are investigated. In terms of thermal performance of the building, the results show that the life cycle embodied energy in zero-energy houses with passive or standard thermal performance was not substantially different. From a life cycle energy perspective, passive house requirements are not essential criteria for zero-energy houses in Belgium. On the other hand, large life cycle energy savings were obtained through a proficient selection of all building construction materials and services. For the life cycle embodied energy in building constructions, the best timber frame and masonry houses were equally efficient. Wood pellets and photovoltaic panels were decisive factors in the life cycle embodied energy of building services.

Les concepts <<zéro-énergie>> sont axés pour la plupart sur une réduction de l'utilisation de l'énergie d'exploitation non renouvelable dans les bâtiments plutôt que de prendre la réduction de leur consommation d'énergie sur le cycle de vie comme point de départ. Néanmoins, l'énergie grise sur le cycle de vie et l'énergie de fin de vie vont gagner en importance, en particulier dans les bâtiments nécessitant une faible énergie d'exploitation. La consommation d'énergie sur le cycle de vie d'une maison belge «zéro énergie» de référence est donc étudiée au moyen d'un bilan énergétique du cycle de vie. Sont étudiés l'influence des décisions de conception et de la réglementation sur le type de construction du bâtiment, les services au bâtiment, et les performances de l'enveloppe du bâtiment. En termes de performance thermique du bâtiment, les résultats montrent que l'énergie grise sur le cycle de vie n'était pas fondamentalement différente dans les maisons «zéro énergie» offrant des performances thermiques passives ou standard. Du point de vue de l'énergie du cycle de vie, les exigences d'une maison passive ne sont pas des critères essentiels pour des maisons «zéro énergie» en Belgique. En revanche, d'importantes économies d'énergie sur le cycle de vie ont été obtenues par un choix opéré avec compétence de tous les matériaux de construction et services au bâtiment. S'agissant de l'énergie grise sur le cycle de vie dans la construction de bâtiments, les meilleures maisons, qu'elles aient été à ossature bois ou en maçonnerie, ont été tout aussi performantes. Les granulés de bois et les panneaux photovoltaïques ont été des facteurs décisifs concernant l'énergie grise sur le cycle de vie des services aux bâtiments.

Mots clés: services aux bâtiments, énergie grise, analyse énergétique du cycle de vie, [construction] passive, bâtiments résidentiels, <<zéro-énergie>>     

Methodology for the survival analysis of urban building stocks

A new methodology is presented for estimating age distribution and survival functions of an urban building stock. This allows for a random sample of the undemolished stock together with a complete inventory count of the demolished part to create a Kaplan–Meier estimator for the survival function. This method can be applied to any building stock with difficult access to data. A demonstration of this method is applied to a sample of German urban stock and used to illustrate the data-collection process, the survival analysis and an estimate of the dynamics. Findings from this sample indicate a slower dynamic in the residential part in comparison with the non-residential part, which is related to seemingly different survival functions. Another finding is that the percentage of undemolished buildings seems much lower for older buildings than for the younger structures. Through a Weibull fit, little future change in this survival pattern is estimated. The estimates obtained in this preliminary study challenge many assumptions of service life, economic life and effective life time. It is found that the effective life time of building stocks is much higher than generally assumed, and possibly independent of their age. For recent buildings, the implication is whether the existing service life or economic life approaches are adequate to understand and plan for a potentially higher survival rate.

Nous présentons ici une nouvelle méthodologie pour l'estimation de la répartition des âges et des fonctions de survie d'un parc de bâtiments urbains. A partir d'un échantillon aléatoire du parc non démoli et d'un inventaire complet de la partie démolie, cette méthodologie permet la création d'un estimateur Kaplan–Meier pour la fonction de survie. La méthode peut être appliquée à tout parc de bâtiments pour lequel les données sont difficiles à obtenir. Une démonstration est appliquée à un échantillon de parc urbain allemand et permet d'illustrer le processus de collecte de données, l'analyse de survie ainsi qu'une estimation de la dynamique. L'analyse de cet échantillon révèle une dynamique plus lente dans la partie résidentielle par rapport à la partie non résidentielle et qui est associée à des fonctions de survie apparemment différentes. Une autre conclusion est que le pourcentage des bâtiments non démolis est bien plus faible pour les bâtiments anciens que pour les structures plus récentes. Une régression de Weibull permet de prédire la faible évolution de ce modèle de survie à terme. Les estimations obtenues dans cette étude préliminaire remettent en cause bon nombre d'hypothèses sur les durées de vie utile, économique et effective. La durée de vie utile des parcs de bâtiments apparaît ainsi bien plus longue que l'on croît habituellement et pourrait être indépendante de l'âge. Pour les bâtiments récents, l'étude suggère que l'on est en droit de s'interroger quant à la pertinence des démarches actuelles appuyées sur la durée de vie utile ou économique pour comprendre et prévoir des mesures de relèvement du taux de survie.

Mots clés: répartition des âges, parc de bâtiments, conservation, taux de démolition, planification, gestion de biens, durée de vie utile, analyse de survie, tissu urbain     

Including recycling potential in energy use into the life-cycle of buildings

Previous life-cycle studies of buildings tended to omit the phases after demolition. If recycling is not included, the potential benefits of recycling are not possible to assess. A parametric study of a one family house is presented which focuses on the potential energy savings by recycling the various building materials after demolition. The results indicate that it can be more important to design a building for recycling than to use materials which require little energy for production, that the creation of effective recycling depends upon its consideration and inclusion at the design stage, that the re-use and adaptation of existing foundations is an important component of recycling.

Le concept d'analyse de l'énergie du cycle de vie (LCEA) est employé; pour formuler en valeurs d'énergie les flux des produits durant chaque phase du cycle de vie d'une activité. Dans le cas des constructions résidentielles, cela comprend d'habitude l'énergie consommée lors de la fabrication des matériaux de construction, l'é;nergie employée pour les opérations de la construction elle-même et celle dépensée pour la maintenance périodique. Pour positionner ces quantités d'énergie dans un contexte national, il faut également prendre en considération l'énergie nécessaire aux autres marchandises et services consommés par les propriétaires. Cet article utilise le concept LCEA pour démontrer la nécessité de prendre en compte non seulement l'énergie de cycle de vie de la construction mais aussi l'énergie de cycle de vie attributable aux autres activités entreprises par les utilisateurs réels du bâtiment. L'énergie du cycle de vie d'un bâtiment résidentiel australien ainsi que les activités ordinaires des ménages sont analysées et simulées au cours d'une période de 30 ans en employant un exemple basé sur une portion jumelée à deux chambres à coucher et à revêtement de brique. Les implications à long terme montrent bien l'importance de prendre en compte l'énergie nécessaire à la construction initiale d'un bâtiment résidentiel aussi bien que celle résultant de la consommation de marchandises et de services par les propriétaires. Afin d'encourager de façon durable ces pratiques, il est suggéré que les architectes prennent davantage en considération les activités des propriétaires lorsqu'ils conçoivent des bâtiments résidentiels, particulièrement en zone de climat tempéré. La conclusion de l'article fait le point des futurs secteurs de recherche du concept LCEA dans le domaine résidentiel.     

Evaluating design strategies,performance and occupant satisfaction: a low carbon office refurbishment

Existing buildings present the best opportunity for reducing greenhouse gas emissions in developed economies, given that only 2–3% of the building stock is newly built each year. Insights from a post-occupancy evaluation of a large-scale refurbishment project of a head office building in Sydney, Australia, are presented to inform future refurbishment strategies. The study evaluates occupant satisfaction and energy performance, and elicits influencing factors arising from the design process and interventions, ongoing building management, and operational performance. Occupants returned a high level of satisfaction across the range of environmental variables for overall comfort, temperature, lighting, and air quality as well as perceived productivity and health. These outcomes highlight the importance of improving indoor environmental quality for occupants particularly through increased fresh air, daylight, glare control, access to views, and noise management. The positive results reinforce the value of an integrated and user-responsive approach that was adopted for building design, development, and management. The reduction in operational energy (in this project, coupled with carbon reduction) as a consequence of refurbishment and positive user feedback demonstrates the potential to future-proof existing buildings in the context of climate change.

Les bâtiments existants offrent la meilleure possibilité de réduction des émissions de gaz à effet de serre dans les économies développées, étant donné que les constructions neuves ne représentent chaque année que 2 à 3% du parc bâti. Les enseignements retirés d'une évaluation après occupation d'une opération de rénovation à grande échelle réalisée dans l'immeuble d'un siège social de Sydney, en Australie, sont présentés afin d'infléchir les futures stratégies en matière de rénovation. L'étude évalue la satisfaction des occupants et les performances énergétiques, et met au jour les facteurs d'influence qui découlent du processus de conception et des interventions réalisées, de la gestion en cours du bâtiment et des performances de fonctionnement. Les occupants ont exprimé un degré de satisfaction élevé sur l'ensemble des variables environnementales concernant le confort global, la température, l'éclairage et la qualité de l'air, aussi bien que la productivité et la santé telles qu'ils les ont perçues. Ces résultats mettent en évidence le fait qu'il est important d'améliorer la qualité environnementale intérieure pour les occupants, tout particulièrement en apportant davantage d'air frais et de lumière du jour, un plus grand contrôle de l'éblouissement, un accès accru à des panoramas et une gestion renforcée du bruit. Ces résultats positifs renforcent l'utilité d'une approche intégrée et sensible aux besoins des utilisateurs, telle qu'elle a été adoptée pour concevoir, aménager et gérer ce bâtiment. La réduction de l'énergie de fonctionnement (dans cette opération, conjointement avec la réduction du carbone) en conséquence de la rénovation et du feedback positif des utilisateurs démontre le potentiel de cette approche pour permettre aux bâtiments existants de bien affronter l'avenir dans le contexte du changement climatique.

Mots clés: adaptation, changement climatique, confort, énergie, qualité environnementale intérieure, conception intégrée, occupants, évaluation après occupation, rénovation     

Influence of the carbon intensity of electricity on carbon savings from CHP

The carbon intensity of electricity is a key input to calculations of carbon emissions from buildings, and can be decisive in the selection of low- and zero-carbon technologies. The origin of the value for the carbon intensity of electricity is not well understood and its derivation is investigated. The carbon savings from gas-fired combined heat and power (CHP) vary greatly depending on the carbon intensity of electricity. The current debate about the effectiveness of CHP centres on detailed considerations about which values for the carbon intensity of electricity should be used. The expected future decarbonization of the electricity supply grid would considerably reduce carbon intensities, thus the longer-term trends in carbon intensity and their effect on the carbon savings from CHP are of greater importance. A new expression has been developed to describe the carbon savings from CHP and trigeneration as a function of varying carbon intensity of electricity. While CHP can offer limited carbon savings in the short-term, the future decarbonization of the electricity grid means that CHP will soon be among the most carbon-intensive technologies, and the use of trigeneration will cease to provide carbon savings even sooner.

L'intensité carbone de l'électricité est un élément clé de calcul des émissions de carbone des bâtiments et peut être décisive dans le choix des technologies bas carbone et zéro carbone. L'origine de la valeur de l'intensité carbone de l'électricité n'est pas bien comprise et son mode de calcul est étudié. Les économies de carbone réalisées grâce à la production combinée chaleur-électricité (PCCE) issue du gaz varient considérablement selon l'intensité carbone de l'électricité. Les débats actuels sur l'efficacité de la production combinée chaleur-électricité (PCCE) se concentrent sur des considérations détaillées relatives aux valeurs qui devraient être utilisées concernant l'intensité carbone de l'électricité. La future décarbonisation prévue du réseau de distribution d'électricité réduirait considérablement les intensités carbone, de sorte que les tendances à plus long terme en matière d'intensité carbone et leur effet sur les économies de carbone réalisées grâce à la PCCE sont de la plus grande importance. Il a été élaboré une nouvelle expression permettant de décrire les économies de carbone réalisées grâce à la PCCE et à la trigénération comme étant une fonction de l'intensité carbone variable de l'électricité. Bien que la PCCE puisse assurer à court terme des économies de carbone limitées, la future décarbonisation du réseau de distribution d'électricité signifie que la PCCE figurera bientôt au nombre des technologies affichant les plus fortes intensités carbone et que l'utilisation de la trigénération cessera encore plus tôt d'assurer des économies d'énergie.

Mots clés: réglementation du bâtiment, émissions de carbone, intensité carbone de l'électricité, production combinée chaleur-électricité (PCCE), technologies bas carbone et zéro carbone, bâtiments bas carbone, trigénération     

Energy feedback in buildings: improving the infrastructure for demand reduction

The concept of market transformation is being widened to include a range of processes, including information flows. The paper argues that feedback to energy users on their consumption (via improved metering, billing and displays) complements other tools such as energy labelling and minimum standards, increasing the likelihood that decisions on built fabric and equipment will be grounded in the realities of daily usage. Different types of feedback to energy users, mostly in the residential sector, are considered for their impact in the short- and long-term. Implications are examined for energy policy in relation to feedback, including the relative importance to different actors of load control and demand reduction, as well as the question about how priorities should be set in debates over the future of metering.

Le concept de la transformation du marché est élargi de façon à inclure une gamme de processus, notamment les flux d'informations. D'après l'auteur, le retour d'information vers les consommateurs d'énergie concernant leur consommation (grâce à l'amélioration des moyens de mesure, de la facturation et de l'affichage) complète d'autres outils comme l'étiquetage de l'énergie et les normes minimales, ce qui augmente les chances que les décisions relatives au tissu construit et aux équipements soient prises en fonction de la réalité de l'usage quotidien. L'auteur examine différents types de retours d'information destinés aux consommateurs d'énergie, la plupart dans le secteur résidentiel, en termes de leur impact dans une perspective plus ou moins lointaine. Les implications sont examinées dans le cas de la politique énergétique en relation avec le retour d'information, y compris de l'importance relative pour différents acteurs du contrôle des charges et de la réduction de la demande ainsi que la façon d'établir les priorités dans les débats concernant l'avenir des systèmes de mesure.

Mots clés: comportement, facturation, gestion de la demande, retour d'information, habitants, bâtiments intelligents, transformations du marché, mesure, systèmes socio-techniques     

Carbon reductions and building regulations: the case of Norwegian mountain cabins

What are the limitations of regulatory measures to decrease environmental impacts of buildings? The case of Norway's wood-fired mountain cabins is used to explore whether strict energy-efficiency requirements in building regulations are appropriate and effective. A self-service (holiday) cabin is analysed in three different scenarios. The carbon emissions from the extra material required to meet the new regulations are calculated and compared with the emissions saved by the expected decrease in operational energy demand over a 50-year life cycle. The results show that in all three scenarios the carbon emissions from the extra material use and their transport outweighs the savings from reduced heating. As expected, the frequency of use (occupancy rate) is shown to be an important variable to determine the usefulness of technical upgrading. Alternative measures for decreased environmental impacts are considered. Suggested solutions for long-term reductions in carbon emissions for wood-fired mountain cabins are area efficiency (reduced floor area), low-carbon materials and the reuse of components instead of improved U-values. Regulatory measures that create universal standards for all buildings fail to account for particular circumstances and create revenge effects. Increased flexibility in regulatory mechanisms could reduce these problems.

Quelles sont les limites des mesures réglementaires visant à réduire les incidences environnementales des bâtiments? Le cas des chalets de montagne de Norvège à chauffage au bois est utilisé pour examiner si des obligations strictes d'efficacité énergétique dans la réglementation de la construction sont adaptées et efficaces. Un chalet (de vacances) en libre service est analysé selon trois scénarios différents. Les émissions de carbone provenant des matériaux supplémentaires nécessaires pour satisfaire à la nouvelle réglementation sont calculées et comparées aux émissions économisées par la réduction prévue de la demande d'énergie opérationnelle sur un cycle de vie de 50 ans. Les résultats montrent que dans chacun des trois scénarios les émissions de carbone provenant de l'utilisation de matériaux supplémentaires et de leur transport l'emportent sur les économies provenant des réductions de chauffage. Il est montré que, comme prévu, la fréquence d'utilisation (le taux d'occupation) est une variable importante pour déterminer la mise à niveau technique. Des mesures alternatives propres à réduire les incidences environnementales sont envisagées. Les solutions permettant de réduire sur le long terme les émissions de carbone des chalets de montagne à chauffage au bois sont le rendement de surface (surface au sol réduite), les matériaux bas carbone et la réutilisation des composants plutôt qu'une amélioration du coefficient K. Les mesures réglementaires qui établissent des normes universelles pour tous les bâtiments sont incapables de rendre compte de circonstances particulières et créent des effets pervers. Une plus grande souplesse des mécanismes réglementaires pourrait réduire ces problèmes.

Mots clés: réglementation de la construction?énergie intrinsèque?énergie, incidences environnementales?émissions de gaz à effet de serre?analyse du cycle de vie (ACV)?bâtiments bas carbone     

The building performance sketch

A new approach to the creation of design tools is proposed that addresses the real information needs of designers in the early stages of design of non-residential buildings. Traditional simplified design tools are typically too limited to be of much use, even in conceptual design. The proposal is to provide access to the power of detailed simulation tools at a stage in design when little is known about the final building, but at a stage also when the freedom to explore options is greatest and the ability to improve the design is greatest. The concept of the building performance sketch forms the basis of the proposed design tool. It was derived from consultation with design analysis teams as part of the development of the COMFEN tool for fenestration design. Tools like COMFEN are explored to understand how they were shaped by consultation and how requests from these teams for real-world relevance might shape such tools in the future. The simulation process can effectively utilize some of the as-built, as-occupied and as-managed lessons on behaviours and technical outcomes from the Post-occupancy Evaluation (PoE) of buildings.

Il est proposé pour la création des outils de conception une nouvelle approche répondant aux véritables besoins d'information des concepteurs dans les premières phases de conception des bâtiments non résidentiels. Les outils de conception simplifiée traditionnels sont habituellement trop limités pour être très utiles, même en design conceptuel. Ce qui est proposé est de pouvoir accéder à la puissance d'outils de simulation détaillée à un stade de la conception où l'on sait encore peu de choses concernant le bâtiment final, mais également à un stade auquel la liberté d'exploration des options possibles comme la capacité d'amélioration de la conception sont les plus grandes. Le concept du schéma de performance du bâtiment constitue la base de l'outil de conception proposé. Il découle de la consultation des équipes chargées de l'analyse de la conception dans le cadre du développement de l'outil COMFEN de conception du fenêtrage. Des outils tels que COMFEN sont examinés afin de comprendre comment ils ont été modelés par la consultation et comment les demandes de ces équipes en termes de pertinence réelle pourraient façonner ces outils à l'avenir. Le processus de simulation peut tirer efficacement parti de certaines des leçons, conformes à l'exécution, à l'occupation et à la gestion, en matière de comportements et de résultats techniques, retirées de l'Evaluation Après Occupation des bâtiments.

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