The European Union aims to reduce energy use and CO2-emissions by 40 % by the year 2030. The building sector has been identified as having a great potential to reduce emission of CO2 by increasing its energy efficiency. Also, there is a growing concern of the buildings environmental performance, that lead to the development of building environmental assessment tools. However, different types of energy sources and confusing environmental impacts affect the decision making when renovating for improved energy efficiency. This study develops and tests a methodology to help decision-makers when considering major renovation of their building stock when connected to adistrict heating system. The proposed methodology is applied and used to investigate how different renovation scenarios affects the building environmental impacts in terms of CO2 emissions and identify and discuss future improvements of the methodology.

The novelty of the method is the expanded system boundaries that include both the distribution and production of district heating and the energy use at a building level. In this way it is possible to compare and weight measures made both at the energy system level and the building level. This work has limited its approach to energy use in buildings, but it is important to bring the life cycle thinking to the methodology. During the choice of the renovation methods it was noticed that the environmental impact of the production of some components in order to reduce the energy use of a building are not insignificant. Even if all the renovation measures considered in this case study are feasible, it is important to determine in which order they are desirable or achievable from an economic point of view. Uncertainty in the future development of energy, and limited economic resources can play an important role in the possibility of energy efficient renovation.

Den Europeiska Unionen har som målsättning att minska energianvändning och utsläpp av växthusgaser med 40 % till året 2030 jämfört med 1990. Byggnader har identifierats som ett område med stor potential för utsläppsminskningar om de energieffektiviseras. Användningen av olika energislag och olika sätt att värdera miljöpåverkan påverkar beslutsfattandet i samband med energieffektivisering.

I studien utvecklas och testas en metodik som kan hjälpa beslutsfattare vid renovering med energieffektivisering inom fjärrvärmeområdet. Först utvecklades en översiktlig metodik vilken inkluderar både byggnadsenergisimulering och energisystemsimulering. Sen implementerades metodiken genom olika renoveringsscenarier och utsläppen av växthusgaser analyserades.

Metodiken visar att det finns en möjlighet att utveckla ett verktyg som kan hjälpa beslutsfattare när energibesparingsstrategier ska implementeras vilka kan bli positiva för både byggnader och fjärrvärmesystemet.

Improving energy performance of existing buildings is an important part in decreasing energy use and in turn reduce the greenhouse gas emissions caused by human activity and the primary energy use.

To be able to evaluate how energy refurbishment influences the greenhouse gas emissions and the primary energy use a wider system perspective is needed that puts the building in its context. This thesis deals with energy refurbishment packages performed on multi-family buildings within district heated areas and how they influence greenhouse gas emissions and primary energy use when the district heating use is altered.

A simulated building is used to evaluate several energy refurbishment packages. The results are used as input data for models of district heating systems to cost optimize the district heating production. The results from the cost optimization are used to evaluate the impact on greenhouse gas emissions and primary energy use.

The results show a difference between measures that saves district heating without increasing the use of electricity and measures that increases the use of electricity while district heating is saved. For example, a building refurbishment package including only building envelope improvements saves the same amount of district heating as a package including only mechanical ventilation with heat recovery. Despite this, the emissions of greenhouse gases and the use of primary energy is to a greater extent reduced in the first package because the use of electricity remains unchanged.

Comparing energy refurbishment packages performed on the same building, but within different district heating systems, show the importance of the design of the district heating system. Depending on the fuel types used and to which extent electricity is co-produced in the district heating system, the results of implementing the energy refurbishment packages vary. The largest reduction of greenhouse gases and primary energy use occurs when a refurbishment package is performed on a building in a district heating system with high share of biofuel and no electricity production.

Att förbättra energiprestanda hos befintliga byggnader är en viktig del i arbetet med att minska energianvändningen och i sin tur minska utsläpp av växthusgaser orsakade av mänsklig aktivitet samt att minska användningen av primärenergi.

För att kunna utvärdera hur energieffektivisering av byggnader påverkar växthusgasutsläpp och primärenergianvändning behövs ett brett systemperspektiv som sätter byggnaden i sitt sammanhang. Denna avhandling handlar om hur paket av energieffektiviseringsåtgärder som utförs på flerfamiljshus inom fjärrvärmeuppvärmda områden påverkar växthusgasutsläpp och primärenergianvändning när fjärrvärmeanvändningen förändras.

Resultaten visar på skillnader mellan åtgärder som sparar fjärrvärme utan att öka användningen av el och åtgärder som ökar användningen av el medan fjärrvärme sparas. Till exempel sparar ett energieffektiviseringspaket som endast omfattar byggnadsskalsförbättringar samma mängd fjärrvärme som ett paket som endast omfattar installation av mekanisk ventilation med värmeåtervinning. Trots detta minskar utsläppen av växthusgaser och användningen av primärenergi i större utsträckning i det första paketet på grund av att elanvändningen förblir oförändrad.

Vikten av fjärrvärmesystemets utformning visas då en byggnad där olika energieffektiviseringspaket testats, flyttas runt till olika fjärrvärmesystem. Beroende på vilka bränsletyper som används och i vilken utsträckning som el produceras i fjärrvärmesystemet så varierar resultaten. Den största minskningen av växthusgaser uppstår när ett renoveringspaket utförs på en byggnad i ett fjärrvärmesystem med hög andel biobränsle och ingen elproduktion.

Improving energy performance of existing buildings is an important part in decreasing energy use and in turn reducing greenhouse gas emissions and primary energy use. To be able to evaluate how energy refurbishment influences greenhouse gas emissions and primary energy use a wider system perspective is needed which puts the building in its context.

 This thesis deals with energy efficiency refurbishment performed on multi-family buildings within district heated areas and how greenhouse gas emissions and primary energy use is influenced. Both energy demand and temperature levels are considered.

A simulated building is used to evaluate energy refurbishment packages. The results are used as input data for models of district heating systems to cost optimize district heating production. One district heating system model is also used to evaluate the impact of lowered district heating supply temperatures. The results from the cost optimizations are used to evaluate the impact on greenhouse gas emissions and primary energy use.

The results show that all refurbishment packages decreases greenhouse gas emissions and primary energy use, but to a different extent. Depending on the fuel types used and to which extent electricity is co-produced in the district heating system, the results of implementing the refurbishment packages vary. The largest reduction of greenhouse gas emissions and primary energy use occurs in a district heating system with a high share of biofuel and no electricity production. Another result is that the temperature levels of a building’s heating system can be reduced when refurbished which promotes low-temperature district heating. The results also indicates that greenhouse gas emissions and primary energy use can be decreased from a short- and medium term perspective if the supply temperature of a district heating system is lowered. From a long term perspective primary energy use is still decreased while greenhouse gas emissions are increased.

Att förbättra energiprestanda hos befintliga byggnader är en viktig del i arbetet med att minska energianvändningen och i sin tur minska utsläppen av växthusgaser och användningen av primärenergi. För att kunna utvärdera hur energieffektivisering av byggnader påverkar växthusgasutsläpp och primärenergianvändning behövs ett brett systemperspektiv som sätter byggnaden i sitt sammanhang. Denna avhandling handlar om energieffektivisering av flerfamiljshus inom fjärrvärmeuppvärmda områden och hur växthusgasutsläpp och primärenergianvändning påverkas. Både energibehov och temperaturnivåer beaktas. En simulerad byggnad används för att utvärdera energieffektiviserings-paket. Resultaten används sedan som indata för modeller av fjärrvärmesy-stem där fjärrvärmeproduktionen kostnadsoptimeras. En fjärrvärme-systemsmodell används också för att utvärdera effekterna av sänkta fram-ledningstemperaturer. Resultaten från kostnadsoptimeringarna används för att sedan utvärdera effekterna på växthusgasutsläpp och primärenergian-vändning. Enligt resultaten bidrar alla energieffektiviseringspaket med att minska utsläppen av växthusgaser och primärenergianvändning, dock i olika utsträckning. Beroende på vilka bränsletyper som används och i vilken utsträckning som el produceras i fjärrvärmesystemet varierar resultaten för implementering av energieffektiviseringspaketen. Den största minskningen av växthusgasutsläpp och primärenergianvändning sker i ett fjärrvärmesystem med en hög andel biobränsle och ingen elproduktion. Ett annat resultat är att temperaturnivåerna i en byggnads värmesystem kan sänkas när den renoveras vilket främjar lågtemperaturfjärrvärme. Resultaten tyder också på att växthusgasutsläpp och primärenergianvändning kan minskas ur ett kort- och medellångt perspektiv om framledningstemperaturen för ett fjärrvärme-system sänks. Ur ett långsiktigt perspektiv minskar fortfarande primärenergi-användningen medan växthusgasutsläppen ökar.

Energy use in the European Union is increasing. At the same time, it is estimated that by the year 2050 most of the EU population will be living in currently existing buildings. Some of these buildings are or will be in need of renovation, and they have identified a target to reduce overall energy use. The urgency of climate change also makes it highly relevant and important to improve buildings resource and energy efficiency. This thesis aims to explain how different proposed energy efficient renovation strategies affect the energy use at different system levels, the potential environmental impacts of these alternatives, how they are connected to economic impacts and the implications of using a commercial LCA software to answer these questions from a research perspective.

In order to answer the questions above, the effect of different renovation strategies were studied by combining building energy simulations, energy system simulations, a building environmental assessment tool, life cycle assessment and life cycle cost calculations. These tools are used in order to provide an overview of how the different renovation strategies affect the production of district heating, greenhouse gas (GHG) emissions and the environmental and economic performance of the building.

The results show that the selected renovation strategies reduce energy use by decreasing transmission losses, while reducing the total amount of purchased energy by using solar energy or by changing energy carriers. These different approaches have the potential to reduce the environmental impact, mainly by reducing global warming potential, acidification potential and eutrophication potential and to some extent abiotic depletion potential. However, when changing energy carriers there is a burden shift to radioactive waste disposed. When the economic aspects are analyzed, it is shown that there is no simple correlation between financial and environmental impacts.

To analyze a building from a life cycle perspective can help to identify the advantages and disadvantages of energy efficient renovation from the building owner’s perspective as well as from a societal perspective. Applying a life cycle perspective is therefore important for building owners, building companies and practitioners as well for policy makers to avoid suboptimisation.

Energianvändningen inom den Europeiska Unionen ökar. Samtidigt, beräknas att år 2050 så bor merparten av EU:s befolkning i byggnader som finns idag. En del av dessa byggnader behöver renoveras eller kommer att var i behov av renovering, och dessa är identifierade som ett mål för att minska energianvändning. Klimatförändringens akuta karaktär ökar också relevansen och betydelsen av att ha mer resurs- och energieffektiva byggnader. Denna avhandlings mål är att förklara hur olika energieffektiva renoveringsstrategier påverkar energianvändningen på olika systemnivåer, vilken är den potentiella miljöpåverkan av dessa alternativ, hur detta är kopplat till ekonomisk påverkan och vika är implikationerna av att använda en kommersiell mjukvara för att besvara dessa frågor ur ett forskningsperspektiv.

För att svara på dessa frågor studeras effekten av olika renoveringsstrategier genom av kombinera byggnadsenergisimuleringar, energisystemssimuleringar, system för miljöcertifiering av byggnader, livscykelanalys och beräkningar av livscykelkostnader. Dessa verktyg används för att ge en överblick över hur olika renoveringsstrategier påverkar produktionen av fjärrvärme, utsläpp av växthusgaser och byggnadens miljömässiga och ekonomiska prestanda. Resultaten visar att de valda renoveringsstrategierna minskar energianvändningen genom att minska transmissionsförlusterna, och minskar behovet av köpt energi genom användning av solenergi och genom att byta energibärare. Dessa olika strategier har potential av minska miljöpåverkan i termer av klimatpåverkan, försurning, övergödning och till viss del utarmning av abiotiska tillgångar. Ett byte av energibärare medför dock att bördan skiftas till deponerat radioaktivt avfall. När de ekonomiska aspekterna analyseras visar det sig att det inte finns en enkel korrelation mellan dessa och miljöpåverkan.

Att analysera byggnader utifrån ett livscykelperspektiv kan hjälpa till att identifiera för- och nackdelar med energieffektiv renovering från fastighetsägarens perspektiv, men också från ett samhällsperspektiv. Att använda livscykelperspektiv är följaktligen viktigt för att fastighetsägare, byggföretag, konsulter och beslutfattare ska kunna undvika suboptimering.