Nyilvántartási szám:
23/12
Témavezető neve:
Témavezető e-mail címe:
szalay.zsuzsa@emk.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése:
Az épületek és az építőipar az energiával kapcsolatos szén-dioxid kibocsátás 37%-áért volt felelős 2020-ban. Az épületek üzemeltetése a legnagyobb kibocsátó, de az építőanyagok gyártása is a kibocsátás kb. 10%-át teszi ki.
Az épületek energiahatékonyságát az elmúlt évtizedekben szabályozásokkal és egyéb ösztönzőkkel támogatták. Ezek az intézkedések azonban csak az üzemeltetési energiafelhasználásra fókuszáltak. A nagyobb energiahatékonyság nagyobb anyagfelhasználást eredményez, ami tovább növeli az építési szakasz jelentőségét. Az életciklus-elemzés (LCA) módszerével meghatározható az épületek teljes életciklusra gyakorolt környezeti hatása, beleértve a beépített és az üzemeltetési kibocsátásokat is. Az LCA és az energetikai szimulációk heurisztikus algoritmusokkal kombinálhatók az épületek optimalizálása és a környezeti hatások minimalizálása érdekében. Másrészt az építőipari digitalizáció nagy mennyiségű adat összegyűjtését és elemzését teszi lehetővé. Új megközelítés a környezeti optimalizálás és az épületinformációs modellezés (BIM) összekapcsolása. A BIM egy épület 3D-s reprezentációja fizikai és funkcionális információk tárolására, amely támogatja a tervezési, kivitelezési és üzemeltetési fázisokat. Az épületek valós idejű működésére vonatkozó dinamikus információk kinyerhetőek a dolgok internete (IoT) eszközökből.
A kutatás fő célja, hogy megvizsgálja a BIM-alapú épület optimalizálásban és az IoT-rendszerekből származó valós idejű adatok integrálásában rejlő lehetőségeket. Egy számítási keretrendszert fejlesztünk ki és tesztelünk különböző épületeken az optimális épület kialakítások meghatározása érdekében. A BIM modellbe épületmonitoring rendszerekből származó szenzoradatokat integrálunk és elemzünk a tervezési optimumok validálása érdekében.
Fő kutatási feladatok:
- Az LCA, BIM és IoT szakirodalmi áttekintése
- Keretrendszer és munkafolyamat kidolgozása a BIM, az energiaszimuláció, a környezeti értékelés és a szenzoradatok integrálására.
- Az épülettervezés környezeti optimalizálása, alternatívák feltárása.
- Monitorozott épületekből származó szenzor adathalmazok elemzése, az optimumok validálása.
- Az optimális megoldások érzékenység elemzése (pl. éghajlat, éghajlatváltozás, energiaforrások hatása az eredményekre).
***
Buildings and the construction sector was responsible for 37% of energy-related carbon emissions in 2020. The operation of buildings is the largest emitter, but the production of building materials also accounts for around 10% of emissions.
Efficient energy use in buildings has been promoted through regulations and other incentives in recent decades. However, these measures still focus only on the operational energy use. Higher energy efficiency results in higher material use, which also indicates the importance of the production phase. Recent developments have turned the spotlight on the embodied emissions of buildings. The whole life cycle environmental impacts of buildings including embodied and operational emissions can be determined with the method of Life Cycle Assessment (LCA). LCA and energy simulations can be combined with heuristic algorithms to efficiently optimize the building design and minimize the environmental impact. On the other hand, digitalization in the architecture, engineering and construction industry enables the collection and analysis of a large amount of data. A new approach is to connect environmental optimization with Building Information Modelling (BIM). BIM is a 3D representation of a building for storing physical and functional information that supports the planning, design, construction and operation phases. Dynamic information on the real-time operation of buildings can be derived from Internet of Things (IoT) devices.
The main goal of this research is to investigate the potential of BIM-based environmental building optimization and the integration of real-time data from IoT systems. A computational framework will be developed and tested on various buildings to determine the optimal design. Sensor data from monitored buildings will be integrated into BIM and analysed to validate the design optimums.
Main research tasks:
• Literature review on LCA, BIM and IoT
• Development of a framework and workflow for the integration of BIM, energy simulation, environmental assessment and sensor data
• Environmental optimization of building design, exploring alternatives
• Analysis of large sensor datasets from monitored buildings, validation of optimum designs
• Sensitivity analysis of optimum solutions to climate, climate change, energy sources, etc.
A téma meghatározó irodalma:
1. Longo S, Montana F, Riva Sanseverino E (2019) A review on optimization and cost-optimal methodologies in low-energy buildings design and environmental considerations. Sustain Cities Soc 45:87–104. https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.11.027
2.Alina Galimshina, Maliki Moustapha, Alexander Hollberg, Pierryves Padey, Sébastien Lasvaux, Bruno Sudret, Guillaume Habert (2021) What is the optimal robust environmental and cost-effective solution for building renovation? Not the usual one. Energy and Buildings. Volume 251, 111329. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111329
3. Kheiri F (2018) A review on optimization methods applied in energy-efficient building geometry and envelope design. Renew Sustain Energy Rev 92:897–920. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.080
4. Abbasi S, Noorzai E (2020) The BIM-Based multi-optimization approach in order to determine the trade-off between embodied and operation energy focused on renewable energy use. J Clean Prod 281:125359. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125359
5.Najjar M, Figueiredo K, Hammad AWA, Haddad A (2019) Integrated optimization with building information modeling and life cycle assessment for generating energy efficient buildings. Appl Energy 250:1366–1382. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.05.101
6. Tushar Q, Bhuiyan MA, Zhang G, Maqsood T (2021) An integrated approach of BIM-enabled LCA and energy simulation: The optimized solution towards sustainable development. J Clean Prod 289:125622. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125622
7. Shu Tang, Dennis R. Shelden, Charles M. Eastman a, Pardis Pishdad-Bozorgi, Xinghua Gao (2019): A review of building information modeling (BIM) and the internet of things (IoT) devices integration: Present status and future trends. Automation in Construction, Volume 101, Pages 127-139. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2019.01.020
8. Xiongwei Huang, Yongping Liu, Lizhen Huang, Erling Onstein, Christoph Merschbrock: BIM and IoT data fusion: The data process model perspective. Automation in Construction, Volume 149, 2023. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2023.104792
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai:
1. Building and Environment (ISSN: 0360-1323, tudományos, lektorált, impakt faktoros, nem hazai, 2021 D1)
2. Energy and Buildings (ISSN: 0378-7788, tudományos, lektorált, impakt faktoros, nem hazai, 2021 D1)
3. Journal of Cleaner Production (ISSN: 1879-1786 | 0959-6526, tudományos, lektorált, impakt faktoros, nem hazai, 2021 Q1)
4. Automation in Construction (ISSN: 1872-7891 | 0926-5805, tudományos, lektorált, impakt faktoros, nem hazai, 2021 D1)
5. SENSORS (ISSN: 1424-8220, tudományos, lektorált, impakt faktoros, nem hazai, 2021 Q2)
6. Magyar Építőipar (ISSN: 0025-0074, tudományos, lektorált, nem impakt faktoros, hazai)
7. Magyar Épületgépészet (ISSN: 1215-9913, tudományos, lektorált, nem impakt faktoros, hazai)
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja:
1. Kiss, Benedek; Kácsor, Enikő; Szalay, Zsuzsa: Environmental assessment of future electricity mix – Linking an hourly economic model with LCA. JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION 264 Paper: 121536, 14 p. (2020) IF = 9.297
2. Kiss, Benedek ; Szalay, Zsuzsa: Modular approach to multi-objective environmental optimization of buildings AUTOMATION IN CONSTRUCTION 111 p. 103044 Paper: 103044 (2020), IF = 7.7
3. Kiss, Benedek ; Szalay, Zsuzsa: Sensitivity of buildings’ carbon footprint to electricity decarbonization: a life cycle–based multi-objective optimization approach INTERNATIONAL JOURNAL OF LIFE CYCLE ASSESSMENT 2022 pp. 1-20. , 20 p. (2022) IF = 5,257
4. Szagri, Dóra; Szalay, Zsuzsa: Theoretical Fragility Curves − A Novel Approach to Assess Heat Vulnerability of Residential Buildings SUSTAINABLE CITIES AND SOCIETY 83 Paper: 103969 (2022) IF = 10.696
5. Szalay, Zsuzsa; Zöld, András: Definition of nearly zero-energy building requirements based on a large building sample ENERGY POLICY 74 pp. 510-521.12 p. (2014)
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye:
1. Szalay, Zs; Zöld, A What is missing from the concept of the new European Building Directive?
BUILDING AND ENVIRONMENT 42: 4 pp. 1761-1769. , 9 p. (2007)
2. Czétány, László; Vámos, Viktória; Horváth, Miklós; Szalay, Zsuzsa ; Mota-Babiloni, Adrián ; Deme-Bélafi, Zsófia ; Csoknyai, Tamás: Development of electricity consumption profiles of residential buildings based on smart meter data clustering ENERGY AND BUILDINGS 252 Paper: 111376 , 19 p. (2021)
3. Kiss, Benedek; Szalay, Zsuzsa: Modular approach to multi-objective environmental optimization of buildings AUTOMATION IN CONSTRUCTION 111 p. 103044 Paper: 103044 (2020), IF = 7.7
4. Szagri, Dóra; Dobszay, Bálint; Nagy, Balázs ✉; Szalay, Zsuzsa: Wireless Temperature, Relative Humidity and Occupancy Monitoring System for Investigating Overheating in Buildings SENSORS 22 : 22 Paper: 8638 , 16 p. (2022)
5. Marosvölgyi, Martin; Nagy, Balázs; Szalay, Zsuzsa: A vonalmenti hőveszteségek számítási eljárásainak összehasonlítása. MAGYAR ÉPÜLETGÉPÉSZET LXX. évf.: 5 pp. 3-12., 10 p. (2021)
A témavezető eddigi doktoranduszai
Szagri Dóra (2019/2023/)
Státusz:
elfogadott