Choosing the optimal energy system for buildings and districts

The purpose of this master’s thesis was to develop a method to be used in the selection of an optimal energy system for buildings and districts. The term optimal energy system was defined as the energy system which best fulfils the requirements of the stakeholder on whose preferences the energy systems are evaluated. The most influential stakeholder in the process of selecting an energy system was considered to be the district developer. The selection method consisted of several steps: Definition of the district, calculating the energy consumption of the district and buildings within the district, defining suitable energy system alternatives for the district, definition of the comparing criteria, calculating the parameters of the comparing criteria for each energy system alternative and finally using a multi-criteria decision method to rank the alternatives. For the purposes of the selection method, the factors affecting the energy consumption of buildings and districts and technologies enabling the use of renewable energy were reviewed. The key element of the selection method was a multi-criteria decision making method, PROMETHEE II. In order to compare the energy system alternatives with the developed method, the comparing criteria were defined in the study. The criteria included costs, environmental impacts and technological and technical characteristics of the energy systems. Each criterion was given an importance, based on a questionnaire which was sent for the steering groups of two district development projects. The selection method was applied in two case study analyses. The results indicate that the selection method provides a viable and easy way to provide the decision makers alternatives and recommendations regarding the selection of an energy system. Since the comparison is carried out by changing the alternatives into numeric form, the presented selection method was found to exclude any unjustified preferences over certain energy systems alternatives which would affect the selection.

Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää menetelmä alueiden ja rakennusten optimaalisen energiajärjestelmän valintaan. Optimaalinen energiajärjestelmä määriteltiin siten, että se vastaa parhaiten sen tahon odotuksia, jonka kannalta energiajärjestelmän valintaa tarkastellaan. Vaikutusvaltaisimpana tahona energia-järjestelmän valintaa koskevissa päätöksissä pidettiin alueen kehittäjää. Valintamenetelmä koostui useasta vaiheesta: Alueen määrittelystä, rakennusten ja alueen energiankulutuksen laskennasta, sopivien energiajärjestelmävaihtoehtojen määrittelystä, vertailussa käytettävien kriteereiden määrittelystä, vertailtavien kriteerien arvojen laskennasta jokaiselle järjestelmävaihtoehdolle ja lopulta vaihtoehtojen vertailusta monimuuttujamallin avulla. Valintamenetelmän tueksi työssä selvitettiin myös rakennusten ja alueiden energiankulutukseen vaikuttavia tekijöitä. Lisäksi esitettiin erilaisia uusiutuvan energian käytön mahdollistavia teknologioita, ottaen huomioon sekä energian tuotannon että varastoinnin. Valintamenetelmän ydin oli monimuuttuja-päätöksentekomenetelmä PROMETHEE II. Jotta energiajärjestelmä vaihtoehtoja kyettiin vertailemaan kehitetyllä menetelmällä, tarvittavat vertailukriteerit määritettiin työssä. Kriteerit käsittelivät kustannuksia, ympäristövaikutuksia sekä järjestelmien teknisiä ominaisuuksia. Jokaiselle kriteerille määritettiin painoarvot, jotka perustuivat kahden aluekehityshankkeen ohjausryhmille lähetettyyn kyselyyn. Valintamenetelmää sovellettiin kahdessa tapaustutkimuksessa. Tapaustutkimusten tulosten perusteella valintamenetelmän todettiin antavan käyttökelpoisen ja luontevan tavan tuoda päätöksentekijöille vaihtoehtoja ja suosituksia energiajärjestelmän valintaa koskien. Koska vertailu toteutetaan muuttamalla vaihtoehdot numeeriseen muotoon, esitellyn valintamallin todettiin sulkevan pois mahdolliset valintaan vaikuttavat perusteettomat mieltymykset erilaisten energiajärjestelmien paremmuudesta.