Passive solar house prototype design with a new bio-based material for a semi-arid climate

In this study, a passive solar house prototype was built using Trombe wall and was tested in the semi-arid region of Batna, in eastern Algeria. Traditional local materials (stone and adobe) were used for the construction of the thermal storage wall. A new local bio-based material made from date palm trunks was used for the insulation of the passive house prototype. For a better understanding of passive house heating and for a comparative study, a numerical simulation, using Fluent, was carried out. The aim of this study was to supply recommendations for improving the passive systems and to participate to the energy consumption control in the building sector. The results show that the experimental and numerical simulation results are in good agreement. The optimal orientation of the solar passive house has been determined, which is at 160° southeast. The use of local and bio-based materials has proven its effectiveness in the construction of the passive house. The thermal behavior of date palm wood has been found to be close to those of insulation materials commonly used in buildings. That means it has the same thermal insulation ability (thermal conductivity). On the other hand, the results show that the thermal efficiency of the passive solar heating system, with an adobe wall is significantly higher (50%) than that with a stone wall (30.7%).

ІННОВАЦІЙНА ПЛАТФОРМА ПАРАДИГМИ ЕНЕРГООЩАДНОГО ДЕВЕЛОПМЕНТУ: СУЧАСНІ ТРЕНДИ ТА ІМПЕРАТИВИ РЕАЛІЗАЦІЇ В УКРАЇНІ

Значний рівень енергозалежності та енергомісткості будівельного комплексу України потребує розробки ефективної інтердисциплінарної концепції енергоощадного девелопменту, що надасть змогу реалізувати інвестиційно-будівельні проекти на платформі енергозбереження. Концепцію розроблено на основі синкретизму: «Environmental Economics», «Green Lease», «Urban economy», «Surveying», «Passive House». Одним з новітніх інструментів енергоощадного девелопменту запропоновано використання Buildings Industry Transportation Electricity Scenarios (BITES), що базується на сценаріях аналізу зміни попиту та пропозиції енергоресурсів реального сектору економіки, а також оцінюванні обсягів викидів діоксиду вуглецю виробництвами. Враховуючі сучасні тренди енергозбереження в будівельному комплексі, запропоновано імплементувати в практику управління інвестиційно-будівельних проектів поняття «енергоощадний девелопмент» та визначити його як систему реалізації комплексу заходів економічного, організаційного, технічного, технологічного, правового, екологічного та соціального характеру, спрямованих на зниження рівня витрат енергоресурсів будівлею на основі впровадження енергоефективних технологій та управлінських практик, а також поліпшення організаційно-управлінської сфери, оптимізації бізнес-процесів та взаємодії ланок всередині виробничого ланцюжка. Запропоновано теоретичні засади інтердисциплінарної концепції енергоощадного девелопменту будівельного комплексу, де визначено параметричні характеристики та функціональні ознаки, що є основою для розробки стратегічного механізму її реалізації на всіх рівнях економічної системи з метою зниження енергозалежності нашої держави. Результати дослідження можуть бути впроваджені на всіх рівнях економічної системи, оскільки проблематика підвищення рівня енергоефективності є актуальною. Розроблена інтердисциплінарна концепція енергоощадного девелопменту будівельного комплексу враховує специфіку розвитку ринку будівельного сектору та світові тенденції, що відображені в новітніх концепціях: «Environmental Economics», «Green Lease», «Urban economy», «Surveying», «Passive House».

A Tool for Optimal Refurbishment Design of Low-Energy Buildings

We propose a model that aims to fulfill the following three necessities: the demand for refurbishing the existing built environment, the lack of a reliable means to help architects navigate among the numerous possible solutions for low-energy constructions, and the need for a multi-function tool to analyze buildings as complex systems. We introduce the Optimal Refurbishment Design (ORD) model that is a novel tool to help architects with the refurbishment of an existing building or the design of a new one. The ORD shows four innovative aspects. First, it opens the way to passive building design while focusing on affordable solutions. Second, its core component is based on mathematical optimization. Third, it simultaneously outputs optimal thermal mass and insulation of all the required elements in the building. Fourth, it automatically accounts for the user’s needs and local regulations. Unlike most of the approaches in the Literature, the ORD’s outputs are not limited by any pre-defined set of materials or strategies. We tested the ORD using a realistic study case of refurbishment, and found that the renovated house achieved the energy consumption of a Passive House by lowering its annual heating/cooling consumption by 23% with a payback period of less than 5 years.