This thesis presents performance evaluation and a field validation study of a time and temperature indexed autoregressive with exogenous (4-3-5 ARX) building thermal load prediction model with an aim to integrate the model with actual predictive control systems. The 4-3-5 ARX model is very simple and computationally efficient with relatively high prediction accuracy compared to the existing sophisticated prediction models, such as artificial neural network prediction models. However, performance evaluation and field validation of the model are essential steps before implementing the model in actual practice. The performance of the model was evaluated under different climate conditions as well as under modeling uncertainty. A field validation study was carried out for three buildings at Mississippi State University. The results demonstrate that the 4-3-5 ARX model can predict building thermal loads in an accurate manner most of the times, indicating that the model can be readily implemented in predictive control systems.

Because of the harsh climate of Saudi Arabia, residential buildings on average, consume more than half of the total consumed energy. A substantial share of energy goes to the air-conditioning of buildings. Cooling buildings during summer is a major environmental problem in many Middle Eastern countries, especially since the electricity is highly dependent on fossil fuels. The aim of this study is to obtain a clearer picture of how various measures on the building envelope affects the buildings energy consumption, which can be used as a tool to save energy for buildings in the Middle East. In this study, different energy efficiency measures are evaluated using energy simulations in IDA ICE 4.7 to investigate how much energy can be saved by modifying the building envelope. A two-storey residential building with 247 m2 floor area is used for the simulations. The measures considered are; modifications of the external walls, modification of the roof, window type, window area/distribution, modification of the foundation, shading, exterior surface colour, infiltration rate and thermal bridges. All measures are compared against a base case where the building envelope is set to resemble a typical Saudi Arabian residential. First, all measures are investigated one by one. Thereafter, combinations of the measures are investigated, based on the results from single measure simulations. All simulations are carried out for two cities in Saudi Arabia, both with arid desert climate. Riyadh (midlands) with moderately cold winters and Jeddah (west coast) with mild winter. The results from simulations of single measures show the highest energy savings when changing the window type from single clear glass to double glass with reflective surface saving 27 % energy (heating & cooling) in Riyadh and 21 % in Jeddah. Adding insulation to an uninsulated roof saved up to 23 % and 21 % energy for Riyadh respectively Jeddah. Improvements of the thermal resistance of the exterior walls show 21 % energy savings in Riyadh and only 11 % in Jeddah. Lowering the window to wall ratio from 28 % to 10 % and changing the window distribution results in 19 % (Riyadh) and 17 % (Jeddah) energy savings. Adding fixed shades saves up to 8 % (Riyadh) and 13 % energy (Jeddah) when dimensioned for the peak cooling load. Using bright/reflective surface colour on the roof saves up to 9% (Riyadh) and 17 % (Jeddah) when the roof is uninsulated. For the exterior walls, bright/reflective surface saves up to 5 % (Riyadh) and 10 % (Jeddah) when the walls are uninsulated. The other single measures investigated show less than 7 % energy savings. The results for combined measures show the highest energy savings for two combined measures when improving the thermal resistance of the exterior walls and changing window area/distribution saving up to 52 % (Riyadh) and 39 % (Jeddah). When performing three measures the addition of improved thermal resistance and reflectance of the windows resulted in the highest energy savings, saving up to 62 % (Riyadh) and 48 % (Jeddah). When adding a fourth measure, improving the thermal resistance of the slab shows the highest energy savings, 71 % (Riyadh) and 54 % (Jeddah). Applying all measures on the building envelope results in 78 % (Riyadh) and 62 % (Jeddah) energy savings. Significant energy savings can be achieved with measures on the building envelope. Major savings can be made by adding only 50-100 mm of insulation to the exterior walls and roof. Decreased window area and improvements on the thermal resistance and reflectance on the windows result in significant energy savings. Energy savings achieved with shadings and reflective surface colours decrease significantly when the thermal resistance of the roof and external walls are improved. All measures concerning thermal resistance have a higher impact in Riyadh than in Jeddah due to that a large part of the total heating and cooling is air handling unit (AHU) cooling in Jeddah. AHU cooling is not affected significantly by measures on the building envelope. To optimise energy savings, measures on the building envelope should be considered in combination with measures concerning the AHU. / På grund av det hårda klimatet i Saudiarabien, konsumerar bostadshus mer än hälften av den totala energi som förbrukas. En stor del av den förbrukade energin går till luftkonditionering. Kylningen av byggnader är ett stort miljöproblem i många länder i Mellanöstern, särskilt eftersom elektriciteten till stor del är helt beroende av förbränning av fossila bränslen. Syftet med denna studie är att få en tydligare bild av hur olika åtgärder på klimatskalet påverkar byggnaders energiförbrukning. Tanken är att resultaten ska kunna användas som ett hjälpmedel vid design av mer energieffektiva byggnader i Mellanöstern. I denna studie är olika energieffektivitetsåtgärder utvärderade med hjälp av energisimuleringar i IDA ICE 4.7 för att undersöka hur mycket energi som kan sparas genom att modifiera klimatskalet. Ett bostadshus med 247 m2 golvyta i två våningar används för simuleringarna. De åtgärder som övervägs är; modifieringar av ytterväggar, modifiering av tak, fönstertyp, fönster area/ distribution, modifiering av fundamentet, skuggning, ytskikt, infiltration och köldbryggor. Alla åtgärder jämförs mot ett Base Case där klimatskalet är inställt för att likna en typisk bostad i Saudiarabiens. Först undersöks alla åtgärder en åt gången. Därefter undersöks kombinationer av de studerade åtgärderna, baserat på resultat från simuleringar av enskilda åtgärder. Alla simuleringar utförs för två städer i Saudiarabien, både med torrt ökenklimat. Riyadh (inlandet) med måttligt kalla vintrar och Jeddah (västkusten) med mild vinter. Resultatet från simuleringar av enskilda åtgärder visar högst energibesparing när fönstertypen byts ut från enkelt klarglas till dubbelt reflekterande glas. Med byte av fönstertyp sparas upp till 27 % energi (uppvärmning och kylning) i Riyadh och 21 % i Jeddah. Att isolera taket sparar upp till 23 % och 21 % för Riyadh respektive Jeddah. Förbättrat värmemotstånd i ytterväggarna resulterar i upp till 21 % energibesparing i Riyadh och endast 11 % i Jeddah. Minskning av fönsterarean från 28 % av väggytan till 10 % och omplacering av fönsterna ger19 % (Riyadh) och 17 % (Jeddah) energibesparingar. Solavskärmning med hjälp av fasta skärmtak och fenor sparar 8 % (Riyadh) och 13 % energi (Jeddah) när de är dimensionerad för maximalt kylbehovet. Använda ljus/reflekterande yta på taket sparar upp till 9 % (Riyadh) och 17 % (Jeddah) när taket är oisolerad. För ytterväggar, sparar ljust/reflekterande ytskikt upp till 5 % (Riyadh) och 10 % (Jeddah) när väggarna är oisolerad. De övriga enskilda åtgärderna som undersökts visar mindre än 7 % energibesparing. Resultaten för kombinerade åtgärder visar högst energibesparingar för två kombinerade åtgärder när ytterväggens värmemotstånd förbättras tillsammans med mindre fönsterarea och ändrad fönsterplacering. De två åtgärderna sparar upp till 52 % energi i Riyadh och 39 % i Jeddah. När tre åtgärder utförs, fås den högsta energibesparingen med de två åtgärderna ovan med tillägg av förbättrade fönster med lägre u-värde och högre reflektants. Tillsammans resulterar de tre åtgärderna i en energibesparing upp till 62 % för Riyadh och 48 % för Jeddah. När man lägger till en fjärde åtgärd, fås den högsta besparingen med tillägg av förbättrat u-värde på grunden till de tre tidigare åtgärderna. De fyra åtgärderna sparar upp till 71 % energi i Riyadh och 54 % i Jeddah. Tillämpning av alla åtgärder på klimatskalet resulterar i 78 % (Riyadh) och 62 % (Jeddah) energibesparing. Betydlig reducering av energianvändningen kan uppnås med åtgärder på byggnadens klimatskal. Stora besparingar fås med endast 50 – 100 mm isolering i ytterväggar och tak. Att minska fönsterarean och förbättra fönsternas u-värde och reflektivitet bidrar till stora energibesparingar.  Besparingarna som fås vid solavskärmning och reflektiva ytor på tak och väggar minskar signifikant när taket och ytterväggarna isoleras. Alla åtgärder som förbättrar u-värdet på klimatskalet har en större inverkan i Riyadh än i Jeddah på grund av att en större andel av total uppvärmning och kylning upptas av kylning av inkommande luft i ventilationen. Energin som behövs för att kyla inkommande luft påverkas inte nämnvärt av åtgärderna på klimatskalet. För att optimera energibesparingarna ytterligare, bör åtgärder på klimatskalets övervägas tillsammans med energieffektivitetsåtgärder av ventilationen.

Le phénomène d’ilot de chaleur urbain « ICU » souvent observé dans les villes à forte densité urbaine, provoque des impacts négatifs surtout sur le confort thermique extérieur et sur la consommation énergétique des bâtiments. D’où l’importance d’intégrer des dispositifs d’atténuation de ce phénomène dans la conception des projets et des espaces urbains. Cette thèse vise à étudier les effets des différentes stratégies de limitation d’ICU sur les paramètres microclimatiques sous climat méditerranéen. Le cas étudié est un quartier compact de la ville libanaise Beyrouth qui est classifié comme un territoire artificialisé. Jusqu’à présent, peu de recherches microclimatiques ont été réalisées pour le cas Libanais et il y absence des codes et des mesures d’adaptation luttant contre l’ICU. Des simulations numériques sont réalisées à l’aide d’un outil microclimatique « ENVI-met », permettant d’identifier le potentiel rafraichissant de chaque stratégie proposée. Ces stratégies sont basées sur l’augmentation de l’albédo des revêtements du sol et de l’enveloppe des bâtiments, l’augmentation des espaces verts et des surfaces végétalisées, ainsi que sur la mise en place des sources d’eau comme les fontaines et les brumisateurs. Les charges de climatisation relatives à chaque mesure d’atténuation ont été évaluées à l’aide du couplage des données extraites avec ENVI-met avec le logiciel Hourly Analysis Program. Le travail de cette thèse a présenté la capacité des scenarios proposés à modifier les charges de climatisation sensibles ainsi que celles latentes. Le confort du piéton est aussi étudié en analysant l’indice de confort PET. / The urban heat island "UHI" phenomenon, frequently detected in cities with high urban density, leads to negative impacts especially on outdoor thermal comfort and buildings energy consumption. Accordingly, it is important to integrate mitigation measures into the design of projects and urban spaces. This thesis aims to study the effects of different UHI limitation strategies on microclimatic parameters in Mediterranean climate. The case of study is a com pact district of the Lebanese city Beirut which is classified as an artificial territory. Little microclimatic researches have been done for the Lebanese case and there is a lack of codes and adaptation measures to mitigate the effect of UHI. Numerical simulations are realized using "ENVI-met" software, to identify the cooling potential of each proposed strategy. These strategies are based on increasing the albedo of urban surfaces and buildings facades and roofs, increasing green spaces and vegetation surfaces, as well as the implementation of water sources such as fountains and water sprays. The cooling loads for each mitigation strategy were evaluated by linking ENVI-met results to the “Hourly Analysis Program” software. This thesis presented the capacity of the proposed scenarios to modify the sensible and latent cooling loads. The pedestrian comfort is also studied by analyzing the index of comfort PET.

<p><!-- --></p><p>In the wake of the economic growth of the Chinese market the past couple of decades, the energy consumption has surged. One of the biggest consequences of the increased energy consumption is a massive increase in CO₂ emission. In fact, China has overtaken the U.S. as the biggest emitter of CO₂. In light of this energy-saving technology gets more important to implement. District heating is one of the solutions used with success in parts of China where heating is required. In this paper, an energy recovery technology has been examined for two climate zones in China namely a mechanical ventilation system using a flat-plate counter-flow heat exchanger. Beijing is located in a cold zone while Hong Kong is located in a zone with hot summers and mild winters. Cooling load calculations were conducted manually using the RTS - method developed by ASHRAE and heating load calculations were conducted for Beijing using Swedish guidelines stated in BBR. Further, the energy recovery unit (VM1) that was provided by Systemair AB was tested using a rig where different outdoor conditions were simulated. This data was then used to evaluate the potential for energy recovery in a model apartment located in the two zones. As expected, significant differences were obtained when comparing the performance for the two locations.</p><p> </p> / Redan avklarad

<!-- --> In the wake of the economic growth of the Chinese market the past couple of decades, the energy consumption has surged. One of the biggest consequences of the increased energy consumption is a massive increase in CO2 emission. In fact, China has overtaken the U.S. as the biggest emitter of CO2. In light of this energy-saving technology gets more important to implement. District heating is one of the solutions used with success in parts of China where heating is required. In this paper, an energy recovery technology has been examined for two climate zones in China namely a mechanical ventilation system using a flat-plate counter-flow heat exchanger. Beijing is located in a cold zone while Hong Kong is located in a zone with hot summers and mild winters. Cooling load calculations were conducted manually using the RTS - method developed by ASHRAE and heating load calculations were conducted for Beijing using Swedish guidelines stated in BBR. Further, the energy recovery unit (VM1) that was provided by Systemair AB was tested using a rig where different outdoor conditions were simulated. This data was then used to evaluate the potential for energy recovery in a model apartment located in the two zones. As expected, significant differences were obtained when comparing the performance for the two locations. / Redan avklarad

No description available.

The office building Vråken located in Västerås, Sweden, is soon to be renovated and improved solar shading is considered. In this project, five types of solar shading (zip screens, awnings, window film, built-in venetian blinds and roller blinds) were studied to find out their impact on the building's solar gain, cooling load and thermal comfort. The results were analysed to propose sufficient solar shading. In the early stages of the project a questionnaire was distributed to workers in Vråken with the purpose of finding out their opinions about the thermal comfort in the building. A model of 24 selected rooms in the building was also created in IDA ICE to simulate the five different types of solar shading and compare them to a scenario without any solar shading. The questionnaire was used to calculate PPD, showing that 39,3% of the workers were dissatisfied with the thermal comfort during the summer. The simulations in IDA ICE revealed that, overall, zip screens produced the best results. This was followed by awnings, built-in venetian blinds, window film and roller blinds in that order. Awnings resulted in the smallest solar gain, 62% smaller than without solar shading, while roller blinds resulted in the biggest solar gain, 31% smaller than without solar shading. The cooling load was reduced the most with zip screens (-43%) and the least with roller blinds (-14%) compared to the scenario without solar shading. Operative temperatures were also simulated. Once again zip screens produced the best results and roller blinds the worst. By analysing the results from the questionnaire and the simulations, different solar shading applications were proposed for different parts of the building. For the façade facing south, zip screens combined with a new window film was suggested. For the façade facing north the recommendation was built-in venetian blinds, and facing east and west, zip screens combined with either roller blinds or built-in venetian blinds was suggested. / Energieffektivisering av byggnader är ett tidsenligt och angeläget område. Solen utgör här en viktig roll som naturlig energikälla genom instrålning i byggnader. Under eldningssäsongen är detta välkommet, men under sommaren kan inverkan vara kontraproduktiv med övertemperaturer och ökade kylbehov som resultat. I ett försök att minimera de oönskade konsekvenserna sommartid har i detta arbete fem solavskärmningar (markis, zip screen, persienner, rullgardin och solfilm) undersökts för kontorshuset Vråken i Västerås. Fokusområdet omfattar parametrarna solvärmelast, kyleffektbehov och termisk komfort och har legat till grund för förslag på tillämpning av förbättrad solavskärmning för byggnaden. Arbetet inleddes med en enkätundersökning som delades ut till arbetare i Vråken. Denna syftade till att undersöka den aktuella upplevelsen av inomhusklimatet relaterat till solstrålning och solavskärmning i byggnaden. Huvudmetoden i arbetet var annars modellering och simulering av byggnaden i IDA ICE. 24 utvalda kontorsrum i Vråken byggdes upp med programvaran och utrustades med de beaktade solavskärmningarna i olika fall. Fallen simulerades därpå för att erhålla resultat för de studerade parametrarna. Enkätundersökningen användes för beräkningar av verkligt PPD, ett mått på missnöje beträffande inomhusklimatet. Resultatet visade att 39,3% av arbetarna var missnöjda sommartid. Enkätsvaren indikerade problem med övertemperaturer och värme från solstrålningen, i synnerhet i byggnadens söderläge. Simuleringsresultaten visade att solavskärmning i hög grad minskar såväl solvärmelasten och kyleffektbehovet som den operativa temperaturen i Vråken. Av de beaktade solavskärmningarna var solvärmelasten för byggnaden lägst med markiser (62% lägre än utan solavskärmning) och högst med rullgardiner (- 31%). Solvärmelasten jämfördes mot Miljöbyggnads betygssystem Brons, Silver och Guld. Kyleffekten minskade mest med zip screens (-43%) och minst med rullgardiner (-14%) i jämförelse med fallet utan solavskärmning. För den operativa temperaturen undersöktes både den maximala operativa temperaturen under året och antalet timmar då den överstiger 24°C. Återigen visades på bäst resultat för zip screens och sämst för rullgardiner. Överlag presterade zip screens bäst, följt av markiser, persienner, solfilm och rullgardiner i den ordningen. Vissa variationer fanns mellan byggnadens olika delar (syd-, öst-, väst- och norrläge). Utifrån arbetets simuleringsresultat och enkätundersökning gavs förslag på ny tillämpning av solavskärmning för Vråken. För sydsidan föreslogs zip screens och ny solfilm. På norrsidan var behovet av solavskärmning inte lika stort, men persienner är här en bra lösning. Öst-och västsidan skulle precis som sydsidan nå fördelar genom utvändig solavskärmning. Även här föreslogs zip screens och antingen rullgardiner eller persienner. Alternativa ekonomialternativ presenterades också där det var relevant.