Purpose
The municipality of Amsterdam has ambitious goals to be natural gas-free by 2040. A major challenge is the heat transition of the historical centre, which dates to the early 17th century and is in parts listed as a UNESCO World Heritage site. The purpose of this paper is to introduce a design workflow that can aid in designing future scenarios for the transition of historic city centres. Inspired by the New Stepped Strategy, the workflow is based on Geographic Information System (GIS) data, bottom-up energy modelling and parametric tools and presents the results in a neighborhood of Amsterdam city centre.

Design/methodology/approach
The first step is the identification of conservation-compatible retrofit packages, allowing buildings to be heated at lower temperatures, while preserving historic values, improving indoor thermal comfort and minimising environmental impact. Best-balanced retrofitting scenarios are subsequently integrated within the broader urban context, considering opportunities for reusing energy waste streams and producing energy from local, low-temperature sources. In the end, optimal energy balance along with the strategic integration of thermal storage systems is assessed and used as input for the configuration of local heat and cold grids.

Findings
By combining expertise in architecture and energy planning, the workflow supports the exploration of scenarios that align heritage conservation with sustainable heat transition objectives.

Originality/value
The paper describes how this can provide essential information to local stakeholders and citizens groups, guiding them on the necessary steps to drive the collective transition to sustainable heating and cooling in historic urban areas.

The city of Amsterdam has ambitious goals to achieve a 95% reduction in carbon emissions by 2050 and to phase out natural gas by 2040. Disconnecting the building stock from natural gas requires well-ventilated and well-insulated buildings and a switch to renewable energy sources, making optimal use of heat pumps and sustainable heating solutions available locally. Most buildings in the historical city centre are protected and often insufficiently insulated, leading to increased energy use and a poor thermal environment. Standard retrofitting interventions may be restricted, requiring new approaches to balancing the need for energy efficiency and the preservation of heritage significance. With the case of the Amsterdam City Centre, the goal of this research is to present a parametric modelling approach for energy retrofitting heritage buildings and to identify minimum requirements for preparing the residential stock to lower temperature heat (LTH). Using parametric design and bottom-up energy modelling, the research estimates that a 69.1% of natural gas reduction could be achieved when upgrading the buildings to lower temperature (LT). Results of this paper also demonstrate how the applied approach can be used to guide decisions on the improvement in energy performance of the historic built environment.

The city of Amsterdam has the ambitious greenhouse emission reduction targets: to achieve a 95% reduction in emissions by 2050 and to phase out natural gas by 2040. Disconnecting the existing building stock from natural gas requires a switch to alternative energy-efficient sources, making optimal use of heat pumps and sustainable heating solutions available locally. The present study aims to identify minimum retrofitting strategies to prepare the historical city centre for lower temperature heat. The vast majority of the buildings in the historic centre of Amsterdam are protected and often poorly insulated, leading to increased energy use and poor thermal environment. Standard retrofitting interventions and the use of new materials may be restricted, requiring new approaches to balancing the need for energy efficiency and the preservation of heritage significance.

Using parametric design tools, the developed multi-criteria model allows to iterate retrofitting scenarios (post-insulation measures, air tightness, windows or equipment upgrades) and identify minimum requirements to make buildings suitable for lower temperature heating. By integrating bottom-up energy modelling and Geographical Information Systems data, the research estimates the effect of the selected retrofit packages on the energy demand of residential stock at the district scale. The study also provides knowledge for the municipality of Amsterdam to guide decisions on the improvement in energy performance and decarbonisation of the historic built environment.

The deployment of energy reduction actions jointly across multiple buildings at once are much needed to reach the climate targets of reaching a reduction of 3.4 megatons of CO2 for the built environment. In the Netherlands, over 1.5 million homes are part of associations of co-owners VvE (Vereniging van Eigenaren). Each dweller is accountable for their own energy use, while being constrained with their own financial capacity and a shared will to act with other buildings co-owners. There is an existing and ever growing split between individualized responsibilities and the collective energy transition, which has led to fragmented scale and scope responses to the energy retrofitting challenges.

The joint deployment of energy reduction actions across multiple buildings at once is much needed to reach climate targets, but collective decision-making with shared ownership is a complex process. Each homeowner is accountable for their own energy use, while being constrained by their personal financial capacity and will to act with other co-owners. At the same time, decision-making for energy retrofits involves multiple constraints and criteria, relating to divergent and sometimes conflicting technical, environmental, economic, and social issues, leading to a fragmented response to the retrofitting challenge. This article presents a community-led approach to energy retrofit based on parametric modelling and design space exploration. The approach was tested under the conditions of a homeowner association residing in a heritage building in Amsterdam. Cards displaying each retrofit option and its associated impacts in terms of costs, operational carbon emissions, and energy performance were designed to facilitate negotiation between the participants and their interaction with the computational model. The intention was to empower the group by enabling the exploration of various design alternatives and to nourish conversations about sustainable retrofitting that would normally not take place. Participant feedback shows that the approach effectively improved the quality of the discussion and increased their understanding on the pathways to make their building more sustainable. This article presents the Collect your Retrofits project and describes the potentials and limitations of using parametric modelling to facilitate group decisions made at early stages of retrofit design.

According to the Paris Agreement, cities need to be carbon neutral by 2050. This entails a dramatic transition from a fossil fuel based built environment to one entirely running on renewable energy. In many European cities this means moving away from natural gas as prime source. At present, three options are generally considered as alternatives to a fossil energy system: (1) all-electric, using solar or wind power and solar heat or heat pump systems, (2) district heating, using high-temperature industrial waste heat or geothermal heat, (3) green gas, which can be biogas or synthetic gases as green hydrogen or synthetic methane. In addition, hybrid solutions are also an option.

Which of the sustainable alternatives is most suited strongly depends on the urban plan, building typology and technology used so far. Districts with a great extent of repetition can be easier renovated to a net zero-energy plan than an area with a great variety of building types. High-density districts are suited for relatively expensive district heating. Districts that are neither are usually designated for a green gas-based system. The problem however is that few cities can produce sufficient biogas or do not have a renewable power over-production to generate synthetic gases. This in particular applies to historic city centres.

The 17th-century inner city of Amsterdam is facing a similar problem. The municipality decided to keep this part of the Dutch capital connected to the gas grid, but under the condition that the demand for gas would be reduced by 70%, as to enable usage of locally produced green gas. However, with a great share of listed buildings – a large part of the inner city of Amsterdam is Unesco World Heritage – such a reduction in heat demand is virtually impossible. Or is it?

From various studies it is known that the old city centre has considerable sources of renewable heat, among which residual heat from cooling processes and exhaust air. This heat is now released into the air, disturbing the temperature in the city and getting lost for other purposed. In the research project presented, sources of renewable heat and residual heat were investigated, quantified and proposed as feed-in for a low-temperature heat (and cold) network, including seasonal storage. The full paper will discuss this study relevant to many cities across the continent.

Rio de Janeiro is an ever-changing and expanding city that is facing challenges interms of food security, urban sprawl, and the fragmentation of the green infrastructure. By mapping the surface area of the urban rooftop landscape and finding spatial synergies with the city’s socially and environmentally vulnerable areas, a case can be made in favor of implementing a rooftop agricultural infrastructure capable of meeting roughly 40%of the city’s yearly demands for vegetables.

By the year 2040, Amsterdam aims to be independent from natural gas, and by 2050 the entire city needs to be carbon neutral; to meet these ambitions it is crucial to define a long-term strategy for the historical city centre, the area with the highest heat demand density. The inner city, designated as UNESCO World Heritage site, is now mainly served by natural gas boilers and an extensive energy renovation is difficult due the lack of space and the monumental status of many buildings. The project presented intends to support the municipality in identifying energy measures allowing for maximum impact while preserving the city’s historic and aesthetic values. By identifying key recommendations and collective measures, the work proposes a generic approach on energy retrofit decisions for historical buildings and it explores opportunities for sustainable heating solutions available locally, such as aquathermal energy from canal water, residual heat and other forms of low-temperature heat. The research contributes to develop knowledge for the gradual energy transition of the historical city centre of Amsterdam but ultimately, the planning approach can be applied to similar urban areas.

Deze publicatie is een weerslag van de uitkomsten van het KaDEr-project (Karakteristiek Duurzaam Erfgoed) dat de TU Delft in opdracht van en in samenwerking met de Provincie Gelderland heeft uitgevoerd. De lezer wordt meegenomen in de zoektocht om invulling te geven aan de relatie wetenschap, praktijk en beleid rondom duurzaam erfgoed op verschillende schaalniveaus. Aan de hand van acht bijdragen wordt gereflecteerd op het proces en de uitkomsten. De auteurs gaan in op een thema dat gedurende de afgelopen vier jaar aan de orde is geweest. Ook nemen zij stelling in met betrekking tot het debat dat naar aanleiding van dit thema gevoerd is en in veel gevallen nog verder gevoerd kan worden. Daarnaast hebben we een aantal meer zijdelings betrokkenen gevraagd om stelling te nemen met een uitspraak naar aanleiding van hun ervaringen tijdens het project.

Het KaDEr-project omvatte na een intensieve voorbereiding vier kalenderjaren. We denken dat op het onderdelen nog een vervolg behoeft. KaDEr staat dus voor Karakteristiek Duurzaam Erfgoed en in het project is gewerkt aan energetische duurzaamheid, financieel gezond perspectief, functioneel gebruik en het borgen kennis op lange termijn. Het project zelf werd opgebouwd rond vier Living Labs om theorie en praktijk aan elkaar te koppelen:
 Living Lab XL-Stad: Zutphen, Winterswijk en Elburg. Daarbij droegen we vanuit KaDEr bij aan een onderzoek naar Kerkenvisies en de Energietransitie voor diverse gemeenten;
 Living Lab L-Stad: Landgoederen, waar het Baaksebeek-gebied en Gelders Arcadië centraal stonden en het onderzoek resulteerde in de betreffende Ontwerpatlas;
 Living Lab M-Typologie: Kerken. Nationaal en regionaal een opgave die veel aandacht kreeg de afgelopen vier jaar. Specifiek keken wij vanuit KaDEr naar het functioneren van Energiescans en de Financiële Duurzaamheid aan de hand van de Eusebiuskerk in Arnhem en de Stevenskerk in Nijmegen;
 Living Lab S-Gebouw: Reuversweerd. Een (bouw)locatie die we vier jaar lang intensief hebben gevolgd en waar alle partijen veel van hebben geleerd. We hebben daarnaast onderzoek gedaan naar Afwegingsmodellen voor het verduurzamen van monumenten en de Gevolgen van het na-isoleren van monumenten met binnenisolatie.

Er werden binnen de Living Labs en deelonderzoeken diverse overkoepelende thema’s aan de orde gesteld en beproefd en daar is lering uitgetrokken. Dit heeft zich ook vertaald in het gaandeweg aanpassen van de aanpak en in de voorbereiding van nieuw beleid. Het geeft ook aanleiding om op lange termijn zaken anders te gaan doen. Wat er is geleerd en waar bijgestuurd kan worden is in acht hoofdstukken samengevat. We reflecteren op het proces van het KaDEr-project. We geven adviezen voor het bijsturen van beleid. Een visie op de toekomst, vanuit de provincie zelf, komt vervolgens aan de orde. Tijdens de vier jaren van uitvoering van het project is er op diverse schaalgebieden geacteerd.

Op het grote schaalgebied is met het Living Lab L-Gebied (Landgoederen), een koppeling met het Europese Innocastle project gemaakt. Daar hebben ook ontwerpprojecten met studenten plaatsgevonden en er is een Ontwerpatlas samengesteld.

Het leren van elkaar stond van het begin af aan bij het KaDEr-project centraal Samen met het Gelders Restauratie Centrum en de Monumentenwacht Gelderland zijn er onderwerpen via kennisoverdracht en workshops uitgewerkt. Via de koppeling van onderwijs aan bijvoorbeeld de stad werd in het Living Lab XL-Stad tussen studenten, gemeenteambtenaren en gebouweigenaren samengewerkt om van elkaar te leren.

Bijzonder is het kerkelijk erfgoed en de wijze waarop de Kerkenvisie als instrument een rol zal spelen bij de herontwikkeling van kerken. Dit is in de praktijk samen met drie gemeenten uit de Oost-Achterhoek uitgewerkt. In het KaDEr project komen zo theorie en praktijk mooi samen. Concreet kunnen en zullen beslissingen op het schaalgebied van gebouw en materiaalgebruik belangrijke gevolgen hebben voor opdrachtverlening, uitvoering, instandhouding en subsidieverstrekking aan erfgoed.

Door alle schalen heen richtten we steeds de blik op de toekomst. Daarbij kunnen we aan de energietransitie, die steeds urgenter wordt, niet voorbijgaan. Daar ligt zeker voor historische binnensteden een uitdaging. In twee gemeenten is hiervoor een inspirerende driedaagse ‘roadshow’ gehouden en is een energietransitie roadmap uitgewerkt.

Het KaDEr-project heeft geleid tot een veelheid aan leerzame ervaringen die nu in de nabije de toekomst kunnen inspireren en hun weerslag krijgen in provinciaal beleid dat een duurzame instandhouding van monumentaal erfgoed binnen de provincie Gelderland een stap verder brengt. Duurzame instandhouding biedt een visie op de lange termijn en is de basis voor een maatschappelijk verantwoorde werkwijze.

Het KaDEr-project kon alleen tot stand komen door een goede samenwerking tussen en vele krachtsinspanningen van vele partijen en personen. Namens de TU Delft bedankt de redactie van de publicatie KaDEr-stellingen alle betrokken personen bij de provincie Gelderland, de gemeenteambtenaren in Zutphen, Elburg, Winterswijk, Aalten en Oost-Gelre, de partners van de Gelderse Erfgoed Alliantie, de monumenteneigenaren en hun architecten, adviseurs en projectleiders op locatie en met name die op Reuversweerd. Daarnaast was het succes van KaDEr niet mogelijk geweest zonder de inzet van docenten, onderzoekers vanuit drie afdelingen van de faculteit Bouwkunde van de TU Delft en de vele studenten die vier jaar lang aan het project hebben gewerkt en het tot een inspirerend en leerzaam geheel hebben gemaakt.