Application of AHP and GRA methods in energy efficiency potential`s assessment of envelopes natural materials

Abstract

The best choice of energy efficient envelope variety of available materials is still the challenge. Therefore, the attempt of thermal performance multi-criteria evaluation of some building materials of natural origin for energy-efficient envelopes is conducted in present paper. Such types of walls natural energy-efficient materials are considered in comparison assessment: hempcrete, adobe, strawbale panel, earthbag, cordwood, SIP (plywood+ecofiber), hempcrete+straw and energy efficient block. The influence of thermal inertia time, internal areal heat capacity, as well dimensionless index of thermal inertia D, the total thermal resistance of the walls Rtot-value, mass of the wall assembly and its cost have been taken into consideration as important influence factors. The multi-criteria numerical assessment of envelope`s energy efficiency potential was performed by two popular methods – Analytic Hierarchy Process (AHP) as the subjective weighting method and Grey Relation Analysis (GRA) as the objective weighting method. Both of methods allow to arrange the alternatives and could be applied as decision support tools in decision making (DM) process of choosing the best alternative in terms of multi-criteria assessment. For more objective analysis, by taking into account the variety of physical and physical-mechanical parameters of the wall assembly material, the concept of generalized index of the envelope energy efficiency potential is proposed. Conducted research has shown that the best envelope type in terms of of generalized index of energy efficiency potential has the hempcrete wall and hemcrete+straw wall, almost three times smaller has the wall of the earthbags. The walls adobe, cordwood and strawbale panels have practically the equal value of generalized index of energy efficiency potential. It could be observed that AHP method shown more inhomogeneous results, than GRA. The possible reason for that is the difference in evaluation attitude in techniques - AHP is considered as the subjective method with pairwise comparison matrixes, while GRA is objective method of comparison.

Найкращий вибір енергоефективних огороджувальних конструкцій з різноманітних доступних матеріалів залишається проблемою. Тому, в цій роботі проведена спроба багатокритеріальної оцінки теплотехнічних характеристик деяких будівельних матеріалів природного походження для енергоефективних огороджувальних конструкцій. Наступні типи стін з природних енергоефективних матеріалів розглянуто в порівняльній оцінці: арболіт, саман, панель із солом'яних блоків, землебит, чуркобетон, СІП панель з ековатою, арболіт+солома та енергоефективний теплоблок. Проаналізовано вплив часу теплової інерції τ, теплоємності внутрішньої площі, показника теплової інерції D, загальної величини термічного опору Rtot, вартості матеріалів стін та їхню вагу. Багатокритеріальну чисельну оцінку потенціалу енергоефективності огороджувальної конструкції проводили двома популярними методами – методом аналізу ієрархій (МАІ) як суб’єктивним методом та методом сірого реляційного аналізу (СРА) як об’єктивним методом. Обидва методи дозволяють упорядкувати альтернативи та можуть бути застосовані як інструменти підтримки прийняття рішень у процесі прийняття рішень у виборі найкращої альтернативи з точки зору багатокритеріальної оцінки. Проведені за двома незалежними методиками дослідження показали, що найкращим типом огороджувальної конструкції з точки зору запропонованих критеріїв, є стіна з арболіту а також з арболіту+соломи, майже втричі менший потенціал має стіна із землебиту. Стіни з чуркобетону, енергоефективного теплоблоку та солом’яних панелей, що оцінені за двома методиками мають практично однаковий узагальнений індекс потенціалу енергоефективності. Для більш об’єктивного аналізу, беручи до уваги різноманітність фізичних та фізико-механічних параметрів матеріалу огороджувальних конструкцій стін, запропоновано узагальнений індекс потенціалу енергоефективності огороджувальних конструкцій. Оцінка узагальненого індексу потенціалу енергоефективності розрахована за двома методиками показала, що за МАІ показники мають більш неоднорідні значення величин, що може бути пояснено суб’єктивністю в оцінці при проведенні процедури парних порівнянь альтернатив.