Cooling Degree Models and Future Energy Demand in the Residential Sector. A Seven-Country Case Study

Abstract

La intensidad y la duración del calor y el número de fenómenos meteorológicos extremos, como las olas de calor, están aumentando, lo que conlleva una mayor necesidad de demanda de energía para la refrigeración. Junto con el bajo rendimiento energético del parque de edificios, este fenómeno también puede aumentar el consumo energético de los hogares. Por otro lado, la baja penetración de los equipos de refrigeración puede provocar un bajo consumo de energía, lo que lleva a una falta de confort térmico en el interior y a varios problemas relacionados con la salud, aumentando además el riesgo de pobreza energética en verano. Entender las futuras variaciones de temperatura y los impactos asociados en la demanda de refrigeración de los edificios permitirá mitigar los futuros problemas relacionados con un clima más cálido. En este sentido, este artículo analiza los efectos del cambio de temperaturas en la demanda de refrigeración del sector residencial en 2050 para un estudio de caso de diecinueve ciudades de siete países: Chipre, Finlandia, Grecia, Israel, Portugal, Eslovaquia y España, estimando los grados-día y los grados-horas de refrigeración (CDD y CDH). Los CDD y CDH se calculan utilizando umbrales de temperatura de confort térmico tanto fijos como adaptativos para 2020 y 2050, comprendiendo sus puntos fuertes y débiles para evaluar los efectos de temperaturas más altas. Los resultados sugieren un notable aumento medio de los valores de CDD y CDH, hasta el doble, utilizando ambos umbrales para 2050, con un interés particular en los países del norte de Europa, donde deben preverse modificaciones estructurales en el parque de edificios y en el comportamiento de los ocupantes. Además, el uso del umbral de confort térmico adaptativo muestra que los aumentos de temperatura previstos para 2050 podrían afectar a la capacidad de las personas para adaptar su banda de confort (es decir, la habitabilidad interior), ya que las temperaturas serían superiores a los valores máximos admisibles para el confort y la salud de las personas.

The intensity and duration of hot weather and the number of extreme weather events, such as heatwaves, are increasing, leading to a growing need for space cooling energy demand. Together with the building stock’s low energy performance, this phenomenon may also increase households’ energy consumption. On the other hand, the low level of ownership of cooling equipment can cause low energy consumption, leading to a lack of indoor thermal comfort and several health-related problems, yet increasing the risk of energy poverty in summer. Understanding future temperature variations and the associated impacts on building cooling demand will allow mitigating future issues related to a warmer climate. In this respect, this paper analyses the effects of change in temperatures in the residential sector cooling demand in 2050 for a case study of nineteen cities across seven countries: Cyprus, Finland, Greece, Israel, Portugal, Slovakia, and Spain, by estimating cooling degree days and hours (CDD and CDH). CDD and CDH are calculated using both fixed and adaptive thermal comfort temperature thresholds for 2020 and 2050, understanding their strengths and weaknesses to assess the effects of warmer temperatures. Results suggest a noticeable average increase in CDD and CDH values, up to double, by using both thresholds for 2050, with a particular interest in northern countries where structural modifications in the building stock and occupants’ behavior should be anticipated. Furthermore, the use of the adaptive thermal comfort threshold shows that the projected temperature increases for 2050 might affect people’s capability to adapt their comfort band (i.e., indoor habitability) as temperatures would be higher than the maximum admissible values for people’s comfort and health.