Pakistan has always had a history of severe energy shortfalls, which rose up to an alarming 33% in 2013. This situation was countered by investments in the energy sector through the China Pakistan Economic Corridor (CPEC), which were unfortunately largely based on brown fuels. Although beneficial in the short term, these investments do not bode well for the climate scenario of Pakistan, with various parts of the country already having experienced temperatures rise of 1-3°C. To ensure that the current situation doesn’t exacerbate and is tackled in a timely manner, this research aims to examine how the untapped potential of renewable energy in Pakistan can be better utilized by modelling the entire electrical grid system for multi-portfolio based sustainable electricity generation, in line with the sustainable development goals chalked out by Pakistan with the United Nations (UN). Delving further into the matter, a gap is observed that demands coalescence between sustainability and portfolio-based generation in the context of Pakistan, since the prevalent narrative is of Business As Usual (BAU). The research methodology implemented is a cross sectional case study employing qualitative and quantitative data collection methods and outcomes, in which the entire grid system of Pakistan is studied and sustainability metrics are defined; followed by a comprehensive use of Multi-Criteria Decision Methodology in decision making process. Portfolios defined are a combination of different generation technologies, each simulating a possible avenue of policy, and are then evaluated for a range of sustainability metrics to understand the tradeoffs involved to arrive at a set goal. The process decision framework developed shall enable the Pakistani energy sector in meeting the energy demands by providing the decision-makers with various routes to do so, while informing on the sustainability impact of their decisions.

The diploma thesis is to bring knowledge from the field of energy and simulation evaluation of buildings. Further, there is an introduction to the issue of energy and environmental assessment, legislative documents. A brief procedure for creating an energy model in a simulation program, then setting the model. Evaluated results from DesignBuilder that are in the form of charts. And also the evaluation of the measured data in the form of graphs from Libuše object in Karlova Studánka.

The thesis deals with the environmental assessment of buildings, concrete objects Letní lázně at Karlova Studánka. The first part describes the issue and legislation. There is also described a method of experimental measurement and methods of moisture measurement. The second part deals with the analysis of the specified object, description of selected renewable sources and description of possible modifications of the object. The third part is devoted to modeling and simulation of the specified object in DesignBuilder. Using the model were created various simulations with various modifications in order to reduce energy intensity of the object. Results were then evaluated and compared.

The energy retrofit of existing buildings has always been a challenging task to accomplish. The example of the Swecohuset building, proves how an integrated approach design between architectural and energetic aspects as well as the use of well-known and efficient technologies are key aspects to achieve the energy-saving goal. This work, in the first part describes the Swecohuset retrofit process, along with the reasons behind the choices which have led to the current result of a reduction by 2/3 of the energy need for space conditioning purposes. Then, in the second part, after a brief focus on the passive aspects which characterize the current energy performance of the building, it is carried out a feasibility analysis of an EWIS (external wall insulation system) by studying its interaction with a complex system as an optimization problem, with the main purpose of understanding the basis of the BPO and explore further building potentialities. / SIRen

Samtidigt som debatten kring jordens klimatförändring är i full gång har intresset för att miljöcertifiera byggnader vuxit oerhört. För fastighetsägare är det en möjlighet att bevisa för sina hyresgäster och köpare att byggnaden är hållbar. Är en byggnad miljöcertifierad har en oberoende part intygat att den uppfyller en nivå av hållbarhet som bestäms utifrån standardiserade kriterier. Fastighetsägaren kan alltså använda certifikatet i marknadsföringssyfte. Den här studien undersökte om en byggnad som är byggnadsminnesförklarad kan miljöcertifieras med Miljöbyggnad. Målet var att hitta kostnadseffektiva lösningar för att uppfylla de miljöcertifieringskriterier som eventuellt inte uppfylls idag. Miljöbyggnad har i dagsläget inga specifika kriterier för kulturhistoriskt värdefulla byggnader, så bedömningen har skett mot de allmänna kriterierna. Vid certifiering med Miljöbyggnad sker en granskning utifrån energi-, inomhusmiljö- och materialrelaterade kriterier. Verktyget mäter alltså inte bara byggnadens hållbarhet i fråga om växthusgasutsläpp utan även i hänseende till hälsan och välbefinnandet hos personerna som vistas i byggnaden. Byggnaden som har utvärderats är Kungliga Tekniska Högskolans studenters kårhus. Den byggnadsminnesförklarades 2012 på grund av sin utpräglade och välbevarade funktionalistiska utformning. Byggd 1930 uppfördes den mitt under en brytningstid när funktionalismen var på intåg i Sverige. I studien har alla kriterier som krävs för en miljöcertifiering gåtts igenom och stämts av mot hur byggnaden ligger till idag. Särskild fokus har lagts på Miljöbyggnads energirelaterade kriterier. För att minska energianvändningen har energieffektiviseringsåtgärder tagits fram som ger en besparing på hundratusentals kronor per år. Energieffektiviseringsåtgärderna består av bättre drift av ventilationen samt byte till effektivare belysning. Energiberäkningsprogrammet DesignBuilder har använts för att utvärdera energieffektiviseringsåtgärderna samt för att simulera termisk komfort och dagsljusinsläpp. Energikällornas hållbarhet vid olika miljöval på elhandelsavtalet och om det finns möjlighet att installera solskydd för fönstren har också undersökts. Hindret för en certifiering är att byggnaden åtminstone behöver uppfylla myndighetskrav på tillgång till dagsljus. Det finns också osäkerheter som har att göra med om energieffektiviseringsåtgärderna minskar energianvändningen så mycket som krävs för en certifiering. För övrigt finns goda förutsättningar för en miljöcertifiering. / Climate change is widely discussed these days, and the interest in environmental assessment for buildings has increased enormously. For landlords and house-owners, it brings the possibility to prove to their tenants and customers that their buildings are sustainable. A building with an environmental assessment certificate is assured by an independent inspector to fulfill a certain level of sustainability that is specified by standardized criteria. The landlords can subsequently use the certificate for advertising. This study investigated if a listed historic building can be certified according to the Swedish environmental assessment method Miljöbyggnad. The objective was to find cost effective ways to meet those criteria for environmental assessment that are not fulfilled today. Miljöbyggnad has no specific set of criteria for historical buildings today, so the investigation has been performed using the general criteria. For a certification with Miljöbyggnad, an audit from energy, indoor environment and material point of view is performed. Thus, the assessment method does not only measure sustainability regarding greenhouse gas emissions, but also concerning well-being of the occupants of the building. The examined building is the student union house of the Royal Institute of Technology (KTH) in Stockholm. The building was listed in 2012 due to its pronounced and well preserved functionalistic design. Built 1930, it was raised during the time when the functionalism was introduced in Sweden. In the study, all criteria for the environmental assessment have been evaluated for the current situation of the building. The energy related criteria has been emphasized. In order to decrease the energy use, measures for improving the energy efficiency has been found, that will save several hundred thousand SEK per year. The measures consist of improved operation of the ventilation system and retrofitted lighting for better efficacy. The energy calculation program DesignBuilder has been used to evaluate the energy efficiency measures and to simulate thermal comfort and daylighting. The sustainability of the energy sources for different environmental options for the electricity contract and the possibility of installing shadings for the windows have been investigated as well. The main difficulty for a certification is that the building has to fulfill building codes for daylighting. There are also uncertainties regarding the energy efficiency measures being able to decrease the energy use sufficiently for a certification. Other than that, the prospects are good for a certification.

The building sector is one of the sectors with the highest energy utilization and is one of the largest sources of CO2 emissions worldwide. At the same time, energy prices in Europe have significantly increased in recent years. For these two reasons, energy efficiency in buildings has become highly relevant for public and private organizations aiming to reduce energy consumption for the operation of buildings and therebyd ecrease their carbon footprint and operation costs for users and owners. This master’s thesis aims to identify areas of opportunity for energy utilization reduction and the implementation of energy efficiency strategies in four buildings of the KTH Campus, owned by Akademiska Hus. First, an energy data analysis of the last years of the operation of the buildings was conducted to identify trends and atypical energy uses. Next, energy audits were performed on the most important energy-consuming equipment and major building facilities to understand the operation conditions and characteristics of electrical, heating, and cooling systems, aiming to identify areas of opportunity for reducing energy use from current operation of the buildings. Subsequently, after understanding the energy use in the four buildings, models of the buildings were created in IDA ICE. The approach involved two steps: first, modeling the buildings’ geometry and adapting their energy consumption to match the patterns identified in the previous data analysis; and secondly, modeling the implementation of energy efficiency strategies on the buildings that aim to improve the findings of the data analysis and energy audits performed previously. These energy efficient models were subjected to energy performance analysis, economic analysis, investment feasibility analysis, among others. The results obtained from the models with energy efficiency strategies showed energy and economic savings that varied from building to building through the automation of lighting systems in the buildings, with an average return on investment of 2.5 years. Likewise, significant savings were achieved by reducing the heating setpoint during nights, causing the district heating usage to differ from the daytime demand, resulting in savings between 5 % and 8 % of the total annual energy use in the buildings, without any required investment. Additionally, the implementation of renewable energy solutions was studied by modeling the use of solar panels in the buildings, leading to a reduction in electrical grid demand between 20 % and 48 %, depending on the available area for the panels, with an average return on investment of 5.5 years. Other strategies were also studied and discussed in this report. In conclusion, this study provides evidence of the energy, economic, and environmental feasibility of different energy efficiency strategies that can be implemented in the buildings of the KTH campus. These strategies contribute to achieving the environmental objectives of Akademiska Hus and KTH. / Byggnadssektorn är en av de sektorer som har högst energianvändning och är en av de största källorna till utsläpp globalt. Samtidigt har energipriserna i Europa ökat avsevärt de senaste åren. Av dessa två skäl har energieffektivitet i byggnader blivit mycket relevant för offentliga och privata organisationer som strävar efter att minska energiförbrukningen för byggnaders drift och därigenom minska deras koldioxidavtryck och driftskostnader för användare och ägare. Denna master avhandlingsyftar till att identifiera möjlighetsområden för minskning av energianvändning samt implementering av energieffektivitetsstrategier i fyra byggnader på KTH Campus, ägda av Akademiska Hus. Först genomfördes en analys av energidata från de senaste åren av byggnadernas drift för att identifiera trender och otypisk energianvändning. Därefter utfördes energirevisioner av de mest betydande energiförbrukande utrustningarna och huvudsakliga byggnadsanläggningarna för att förstå driftsförhållandena och egenskaperna hos elektriska, uppvärmnings- och kylsystem. Syftet var att identifiera möjlighetsområden för att minska energianvändningen från nuvarande drift av byggnaderna. Efter att ha förstått energianvändningen i de fyra byggnaderna skapades modeller av byggnaderna i IDA ICE. Tillvägagångssättet innefattade två steg: först att modellera byggnadernas geometri och anpassa deras energiförbrukning för att matcha de mönster som identifierades i den tidigare dataanalysen. Sedan modellering av implementeringen av energieffektivitetsstrategier på byggnaderna, som syftar till att förbättra resultaten av den tidigare utförda dataanalysen och energirevisionerna. Dessa energieffektiva modeller underkastades analys av energiprestanda, ekonomisk analys, investeringsmöjlighetsanalys, bland andra. Resultaten som erhölls från modellerna med energieffektivitetsstrategier visade på energi- och ekonomiska besparingar som varierade från byggnad till byggnad genom automatisering av belysningssystemen i byggnaderna, med en genomsnittlig avkastning på investeringen på 2.5 år. På samma sätt uppnåddes betydande besparingar genom att sänka uppvärmningsinställningen under nätterna, vilket fick fjärrvärmeförbrukningen att skilja sig från dagtidens efterfrågan och resulterade i besparingar mellan 5 % och 8 % av den totala årliga energianvändningen i byggnaderna, utan någon nödvändig investering. Dessutom studerades implementeringen av förnybara energilösningar genom modellering av användningen av solpaneler i byggnaderna, vilket ledde till en minskning av elnätets efterfrågan med mellan 20 % och 48 %, beroende på tillgänglig yta för panelerna, med en genomsnittlig avkastning på investeringen på 5.5 år. Andra strategier studerades också och diskuterades i denna rapport. Sammanfattningsvis ger denna studie bevis på energi-, ekonomi- och miljömässig genomförbarhet av olika energieffektivitetsstrategier som kan implementeras i byggnaderna på KTH Campus. Dessa strategier bidrar till att uppnå miljömålen för Akademiska Hus och KTH.

À mesure que les performances intrinsèques des bâtiments s’améliorent, les usages énergétiques non réglementés, que nous associons à une notion d’intensité énergétique des usages, prennent de plus en plus d’importance dans le bilan des consommations des bâtiments. De plus, les bâtiments performants font apparaître des problématiques au niveau de l’exploitation des installations. Ces constats nous permettent d’affirmer qu’il est aujourd’hui important de proposer un cadre pour le suivi et l’optimisation de la sobriété énergétique des usages et l’exploitation performante pour la maîtrise des consommations énergétiques réelles des bâtiments. Cette thèse propose tout d’abord de développer des modèles polynomiaux de prédiction de la consommation énergétique tous usages en fonction des facteurs caractérisant l’intensité d’usage, la qualité d’usage et la qualité d’exploitation. Pour cela, nous utilisons le logiciel EnergyPlus afin de réaliser des simulations énergétiques dynamiques (SED) sur des valeurs de paramètres définis par la méthode des plans d’expérience D-optimaux. Le modèle polynomial créé permet alors d’effectuer, avec un faible temps de calcul, une propagation des incertitudes sur les consommations d’énergie calculées. Pour ce faire, nous utilisons les données mesurées en exploitation dans le cadre de la mesure et de la vérification de la performance énergétique, associées à une incertitude concernant leur valeur. Nous pouvons alors déterminer l’incertitude globale sur les consommations énergétiques et identifier les pistes pour la réduire, permettant ainsi un meilleur suivi et encadrement de la consommation énergétique réelle. / Since building envelope and MEP systems characteristics regularly improve, the weight of non-regulatory energy end-uses increases. These energy end-uses are typically associated with tenants or owners’ activities. In addition, high performance buildings show new issues related to HVAC systems operations. Therefore, it is important to evaluate and improve non-regulatory energy end-uses energy as well as HVAC systems operations efficiencies. We have developed polynomial energy models that can predict energy consumption as a function of building’s activities characteristics and HVAC systems operations factors. We used EnergyPlus software in order to build reliable energy models along with the D-optimum design of experiments method (DOE). Then, we used measurement and verification (M&V) data, associated with probability functions, to determine the associated uncertainty of the calculated energy consumption. Finally, we combine the latter with the polynomial modeling error to calculate the energy consumption global uncertainty, with the goal to identify strategies to reduce it.

Introducing more intermittent renewable energy sources in the energy system makes the role of balancing power more important. Furthermore, an increased infeed from intermittent renewable energy sources also has the effect of creating lower and more volatile electricity prices. Hence, investing in balancing power is prone to high risks with respect to expected profits, which is why a good representation of electricity prices is vital in order to motivate future investments. We propose a stochastic multi-factor model to be used for simulating the long-run dynamics of electricity prices as input to investment valuation of power generation assets. In particular, the proposed model is used to assess the impact of electricity price dynamics on investment decisions with respect to balancing power generation, where a combined heat and power plant is studied in detail. Since the main goal of the framework is to create a long-term representation of electricity prices so that the distributional characteristics of electricity prices are maintained, commonly cited as seasonality, mean reversion and spikes, the model is evaluated in terms of yearly duration which describes the distribution of electricity prices over time. The core aspects of the framework are derived from the mean-reverting Pilipovic model of commodity prices, but where we extend the assumptions in a multi-factor framework by adding a functional link to the supply- and demand for power as well as outdoor temperature. On average, using the proposed model as a way to represent future prices yields a maximum 9 percent overand underprediction of duration respectively, a result far better than those obtained by simpler models such as a seasonal profile or mean estimates which do not incorporate the full characteristics of electricity prices. Using the different aspects of the model, we show that variations of electricity prices have a large impact on the investment decision with respect to balancing power. The realized value of the flexibility to produce electricity in a combined heat and power plant is calculated, which yields a valuation close to historical realized values. Compared with simpler models, this is a significant improvement. Finally, we show that by including characteristics such as non-constant volatility and spiky behavior in investment decisions, the expected value of balancing power generators, such as combined heat and power plants, increases. / I takt med att fler intermittenta förnyelsebara energikällor tillför el i dagens energisystem, blir också balanskraftens roll i dessa system allt viktigare. Vidare så har en ökning av andelen intermittenta förnyelsebara energikällor även effekten att de bidrar till lägre men också mer volatila elpriser. Därmed är även investeringar i balanskraft kopplade till stora risker med avseende på förväntade vinster, vilket gör att en god representation av elpriser är central vid investeringsbeslut. Vi föreslår en stokastisk flerfaktormodell för att simulera den långsiktiga dynamiken i elpriser som bas för värdering av generatortillgångar. Mer specifikt används modellen till att utvärdera effekten av elprisers dynamik på investeringsbeslut med avseende på balanskraft, där ett kraftvärmeverk studeras i detalj. Eftersom huvudmålet med ramverket är att skapa en långsiktig representation av elpriser så att deras fördelningsmässiga karakteristika bevaras, vilket i litteraturen citeras som regression mot medelvärde, säsongsvariationer, hög volatilitet och spikar, så utvärderas modellen i termer av årlig prisvaraktighet som beskriver fördelningen av elpriser över tid. Kärnan i ramverket utgår från Pilipovic-modellen av råvarupriser, men där vi utvecklar antaganden i ett flerfaktorramverk genom att lägga till en länkfunktion till tillgång- och efterfrågan på el samt utomhustemperatur. Vid användande av modellen som ett sätt att representera framtida priser, fås en maximal över- och underprediktion av prisvaraktighet om 9 procent, ett resultat som är bättre än det som ges av enklare modellering såsom säsongsprofiler eller enkla medelvärdesestimat som inte tar hänsyn till elprisernas fulla karakteristika. Till sist visar vi med modellens olika komponenter att variationer i elpriser, och därmed antaganden som används i långsiktig modellering, har stor betydelse med avseende på investeringsbeslut i balanskraft. Det realiserade värdet av flexibiliteten att producera el för ett kraftvärmeverk beräknas, vilket ger en värdering nära faktiska realiserade värden baserade på historiska priser och som enklare modeller inte kan konkurrera med. Slutligen visar detta också att inkluderandet av icke-konstant volatilitet och spikkarakteristika i investeringsbeslut ger ett högre förväntat värde av tillgångar som kan producera balanskraft, såsom kraftvärmeverk.

The goal of this dissertation is to demonstrate that data from a remotely located building can be utilized for energy modeling of a similar type of building and to demonstrate how to use this remote data without physically moving the data from one server to another using Virtual Information Fabric Infrastructure (VIFI). In order to achieve this goal, firstly an EnergyPlus model was created for Greek Life Center, a campus building located at University of North Texas campus at Denton in Texas, USA. Three thermal comfort models of Fanger model, Pierce two-node model and KSU two-node model were compared in order to find which one of these three models is most accurate to predict occupant thermal comfort. This study shows that Fanger's model is most accurate in predicting thermal comfort. Secondly, an experimental data pertaining to lighting usage and occupancy in a single-occupancy office from Carnegie Mellon University (CMU) has been implemented in order to perform energy analysis of Greek Life Center assuming that occupants in this building's offices behave similarly as occupants in CMU. Thirdly, different data types, data formats and data sources were identified which are required in order to develop a city-scale urban building energy model (CS-UBEM). Two workflows were created, one for an individual scale building energy model and another one for CS-UBEM. A new innovative infrastructure called as Virtual Information Fabric Infrastructure (VIFI) has been introduced in this dissertation. The workflows proposed in this study will demonstrate in the future work that by using VIFI infrastructure to develop building energy models there is a potential of using data for remote servers without actually moving the data. It has been successfully demonstrated in this dissertation that data located at remote location can be used credibly to predict energy consumption of a newly built building. When the remote experimental data of both lighting and occupancy are implemented, 4.57% energy savings was achieved in the Greek Life Center energy model.