ECONOMIC EFFICIENCY OF IMPROVING THE THERMAL PERFORMANCE OF BUILDING ENVELOPE STRUCTURES
DOI:
https://doi.org/10.32782/city-development.2026.2-1Keywords:
heat loss, energy efficiency, energy saving, energy consumption, building envelope structures, economic efficiencyAbstract
The article evaluates the economic efficiency of improving the thermal performance of building envelope structures in residential buildings through the application of modern thermal insulation materials. The study is motivated by the high level of energy consumption in the building sector, a significant share of which is associated with heat losses through external enclosing structures. Particular attention is paid to external walls, which are identified as the dominant component in the structure of heat losses. The research develops approach to the assessment of energy and economic efficiency of thermal modernization measures. The study integrates thermal engineering calculations with economic evaluation tools, including the analysis of annual energy savings, payback period, and life cycle cost (LCC). A quantitative assessment of heat losses before and after insulation is carried out, demonstrating the substantial impact of reducing the heat transfer coefficient on overall energy performance. The results indicate that the use of modern insulation materials significantly increases the thermal resistance of envelope structures and leads to a considerable reduction in heat losses. Depending on the thickness of the insulation layer, energy consumption for heating can be reduced by 45-70%. For a typical residential building, annual energy savings may reach up to 17,000 kWh. At the same time, the study reveals the effect of diminishing marginal returns, as further increases in insulation thickness result in smaller increments of energy savings. A key contribution of the research is the determination of the optimal insulation thickness based on the minimization of total costs over the building life cycle. The analysis shows that, for the climatic conditions considered, the economically optimal insulation thickness ranges from 120 to 150 mm. The application of the LCC approach confirms that thermal modernization measures can reduce total life cycle costs by 25-30% compared to non-insulated buildings. The findings demonstrate that improving the thermal performance of building envelope structures is not only an effective energy-saving measure but also an economically justified solution. The proposed framework can be applied in the design of energy-efficient buildings and in the modernization of existing housing stock, contributing to the reduction of energy consumption, operational costs, and environmental impact.
References
Ігнатьєва В. Б., Текін Е. О. Аналіз способів поліпшення теплотехнічних характеристик при будівництві будівель. ΛΌГOΣ. Мистецтво наукової думки. 2019. № 7. С. 97-100. DOI: https://doi.org/10.36074/2617-7064.07.00.021
Недбайло О. В. Теплофізичні аспекти підвищення ефективності будівлі при використанні низькотемпературних систем її теплозабезпечення та термомодернізації огороджувальних конструкцій : дис. … д-р. техн. наук : 05.14.06. Київ, 2018. 392 с.
Лемешев М. С., Христич О. В., і Лемішко К. К. Екологічно ефективні будівельні матеріали для тепломодернізації будівель. Сучасні технології, матеріали і конструкції у будівництві. 2020. № 27(2). С. 52-61. DOI: https://doi.org/10.31649/2311-1429-2019-2-52-61
Максимов А. С. Організаційні підходи до термомодернізації будівель на підставі оптимізації вибору конструктивно-технологічних рішень : дис. … канд. техн. наук : 05.23.08. Одеса, 2021. 218 с.
Ратушняк Г. С., Бікс Ю. С., Лялюк А. О. Формалізація та ієрархічна класифікація параметрів впливу на енергоефективність огороджувальних конструкцій будівель. Сучасні технології, матеріали і конструкції у будівництві. 2023. № 35(2). С. 98-103. DOI: https://doi.org/10.31649/2311-1429-2023-2-98-103
Косенко Л., Коваль О., Юрченко Є., Коваль А. Аналіз європейських нормативних вимог до будівель з близьким до нульового енергоспоживанням та можливості впровадження в Україні. Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. 2023. № 47. С. 28-35. DOI: https://doi.org/10.32347/2409-2606.2023.47.28-35
Krivenko O., Kozak N. Evolution of energy-efficient solutions in the formation of bioclimatic architecture. Architectural Bulletin of KNUСA. 2025. № 34. PP. 84-90. DOI: https://doi.org/10.32347/2519-8661.2025.34.84-90
Котляров Є. І. Пріоритетність заходів з термомодернізації будівель і їх економічна ефективність. Конкурентоспроможність та інновації: проблеми науки та практики : матеріали Міжнар. наук.-практ. інтернет-конф., 19 листопада 2021 р. Харків : ФОП Лібуркіна Л. М., 2021. С. 396-401.
ДСТУ 9191:2022. Теплоізоляція будівель метод вибору теплоізоляційного матеріалу для утеплення будівель. Чинний від 2023-03-01. Вид. офіц. Київ : ДП НДІБК, 2023. 63 с.
Ubakus. U-Wert-Rechner : онлайн-калькулятор для визначення теплотехнічних характеристик огороджувальних конструкцій. URL: https://www.ubakus.de/u-wert-rechner/
Lu K., Deng X., Jiang X., Cheng B., Tam V. W. Y. A review on life cycle cost analysis of buildings based on building information modeling. Journal of Civil Engineering and Management. 2023. № 29(3). PP. 268-288. DOI: https://doi.org/10.3846/jcem.2023.18473
Ihnatieva V., Tekin E. (2019). Analiz sposobiv polipshennia teplotekhnichnykh kharakterystyk pry budivnytstvi budivel [Analysis of methods for improving thermal performance in building construction]. ΛΌHOΣ. Mystetstvo naukovoi dumky – ΛΌΓOΣ. The Art of Scientific Thought, vol. 7, pp. 97–100. DOI: https://doi.org/10.36074/2617-7064.07.00.021
Nedbailo O. (2009). Teplofizychni aspekty pidvyshchennia efektyvnosti budivli pry vykorystanni nyzkotemperaturnykh system yii teplozabezpechennia ta termomodernizatsii ohorodzhuvalnykh konstruktsii [Thermophysical aspects of improving building efficiency through the use of low-temperature heating systems and the thermal modernisation of building envelopes]: dys. … d-r. tekhn. nauk : 05.14.06. Kyiv, 392 p. (in Ukrainian)
Lemeshev M., Khrystych O., & Lemishko K. (2020). Ekolohichno efektyvni budivelni materialy dlia teplomodernizatsii budivel [Environmentally friendly building materials for the thermal modernisation of buildings]. Suchasni tekhnolohii, materialy i konstruktsii u budivnytstvi – Modern Technologies, Materials and Structures in Construction, vol. 27(2), pp. 52–61. DOI: https://doi.org/10.31649/2311-1429-2019-2-52-61
Maksymov A. (2021). Orhanizatsiini pidkhody do termomodernizatsii budivel na pidstavi optymizatsii vyboru konstruktyvno-tekhnolohichnykh rishen [Organisational approaches to the thermal modernisation of buildings based on the optimisation of structural and technological solutions] dys. … kand. tekhn. nauk : 05.23.08. Odesa, 218 p. (in Ukrainian)
Ratushniak H., Biks Yu., & Lialiuk A. (2023). Formalizatsiia ta iierarkhichna klasyfikatsiia parametriv vplyvu na enerhoefektyvnist ohorodzhuvalnykh konstruktsii budivel [Formalisation and hierarchical classification of parameters influencing the energy efficiency of building envelopes]. Suchasni tekhnolohii, materialy i konstruktsii u budivnytstvi – Modern Technologies, Materials and Structures in Construction, vol. 35(2), pp. 98–103. DOI: https://doi.org/10.31649/2311-1429-2023-2-98-103
Kosenko L., Koval O., Yurchenko Ye., & Koval A. (2023). Analiz yevropeiskykh normatyvnykh vymoh do budivel z blyzkym do nulovoho enerhospozhyvanniam ta mozhlyvosti vprovadzhennia v Ukraini [Analysis of European regulatory requirements for nearly zero-energy buildings and the potential for their implementation in Ukraine]. Ventyliatsiia, osvitlennia ta teplohazopostachannia – Ventilation, Lighting and Heating & Gas Supply, vol. 47, pp. 28–35. DOI: https://doi.org/10.32347/2409-2606.2023.47.28-35.
Krivenko O., Kozak N. (2025). Evolution of energy-efficient solutions in the formation of bioclimatic architecture. Arkhitekturynyi biuleten KNUBA – Architectural Bulletin of KNUСA, vol. 34, pp. 84-90. DOI: https://doi.org/10.32347/2519-8661.2025.34.84-90.
Kotliarov Ye. (2021). Priorytetnist zakhodiv z termomodernizatsii budivel i yikh ekonomichna efektyvnist [The priority of measures for the thermal modernisation of buildings and their economic efficiency]. Konkurentospromozhnist ta innovatsii: problemy nauky ta praktyky – Mizhnarodna naukovo-praktichna internet-konferenciya (Kharkiv, November 19-th, 2021). Kharkiv : FOP Liburkina L. M., pp. 396–401. (in Ukrainian)
DSTU 9191:2022. (2023). Teploizoliatsiia budivel: Metod vyboru teploizoliatsiinoho materialu dlia uteplennia budivel [Thermal insulation of buildings: Method for selecting thermal insulation material]. DP NDIBK, 63 p.
Ubakus. U-Wert-Rechner: onlain-kalkuliator dlia vyznachennia teplotekhnichnykh kharakterystyk ohorodzhuvalnykh konstruktsii [Ubakus. U-Value Calculator: an online calculator for determining the thermal performance of building envelopes]. Available at: https://www.ubakus.de/u-wert-rechner/
Lu K., Deng X., Jiang X., Cheng B., & Tam V. W. Y. (2023). A review on life cycle cost analysis of buildings based on building information modeling. Journal of Civil Engineering and Management, vol. 29(3), pp, 268–288. DOI: https://doi.org/10.3846/jcem.2023.18473/
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Сергій Андрух, Оксана Юрченко, Інна Токар

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

