Dissertations / Theses on the topic 'Prestazione energetica edificio'

Il lavoro di tesi rappresenta lo sviluppo di una ricerca volta ad approfondire il tema dell’ottimizzazione del livello di isolamento termico nella progettazione estiva dell’edificio, in riferimento a differenti scenari d’uso e tipologie edilizie. L’attività di ricerca, sviluppata intorno al tema dell’analisi energetica degli edifici, ha avuto come obiettivo principale l’elaborazione di una nuova metodologia di analisi termica utile ad indagare i parametri che maggiormente influenzano la prestazione energetica. Il metodo consiste nell’analizzare in dettaglio i differenti contributi al bilancio termico convettivo dell’aria interna e le loro interrelazioni in riferimento alle differenti condizioni al contorno; ciascun contributo è scorporato in funzione delle sollecitazioni termiche dinamiche relative all’ambiente esterno ed interno, ovvero la temperatura dell’aria esterna, la radiazione solare, le sorgenti termiche interne, e può essere riferito separatamente a specifici gruppi di componenti che scambiano energia termica con l’aria interna, ossia l’involucro opaco, l’involucro trasparente, i componenti edilizi interni, etc. Al fine di individuare all’interno di ciascun termine del bilancio termico la quota da attribuire a ciascuna sollecitazione, si applica il principio di sovrapposizione degli effetti realizzando su uno stesso modello una serie di simulazioni con il codice di simulazione numerica dettagliata EnergyPlus, aggiungendo di volta in volta una sollecitazione diversa. All’elaborazione della metodologia di indagine fa seguito l’individuazione di una specifica modalità di rappresentazione dei risultati, attraverso la quale è possibile evidenziare e confrontare i pesi delle diverse sollecitazioni/termini del bilancio termico sul fabbisogno di energia e sui carichi frigoriferi dell’edificio. Una particolarità del metodo consiste nel fatto che i parametri che influenzano la prestazione energetica di un edificio possono essere individuati direttamente nella rappresentazione, oppure, al fine di raggiungere un dettaglio maggiore, attraverso l’accorpamento di alcuni contributi al bilancio termico. In questo modo è possibile indagare, ad esempio, quale sia l’influenza dell’involucro edilizio sulla prestazione termica dell’edificio, oppure se sia prevalente l’influenza dell’involucro opaco o di quello trasparente. Questo aspetto rappresenta il potenziale della metodologia d’indagine nell’individuare il peso dell’involucro nel suo complesso, e nello specifico, quello dell’involucro opaco sulla prestazione termica estiva degli edifici, per studiare l’effetto del livello di isolamento termico in vista di una sua ottimizzazione progettuale. La metodologia d’indagine può essere utilizzata anche per la progettazione termica e la diagnosi energetica degli edifici e permette, tra l’altro, di effettuare un confronto accurato tra metodi di calcolo della prestazione energetica. In riferimento a questo ultimo aspetto viene sviluppato il confronto tra il metodo di calcolo semplificato in regime quasi-stazionario, UNI EN ISO 13790, e il metodo di calcolo dettagliato in regime dinamico, EnergyPlus, e sono individuate le cause principali del divario tra i due modelli di calcolo. L’applicazione principale della metodologia d’indagine ha riguardato l’analisi parametrica di due casi studio, un edificio residenziale e un edificio ad uso uffici; di essi è fissata la località (Roma), l’uso e la geometria. In particolare, i dati relativi all’uso e alla gestione dell’edificio (es. utilizzo delle schermature solari) sono ricavati, sia direttamente sia mediante rielaborazione, dalla normativa tecnica e dalla letteratura tecnico-scientifica. Gli altri parametri che determinano la prestazione energetica estiva degli edifici sono fatti variare; tra essi si annoverano l’estensione della superficie trasparente e le sue proprietà termiche e solari, i livelli di isolamento e di inerzia termica dell’involucro opaco, le proprietà solari della superficie opaca esterna. Attraverso la tecnica di campionamento Latin Hypercube sono state ottenute, per ciascun caso studio, 60 differenti combinazioni delle variabili parametriche che rappresentano un campione significativo. L’analisi energetica del campione, attraverso l’applicazione della metodologia di analisi termica, ha condotto all’individuazione dell’elevato contributo dell’involucro edilizio al carico termico medio mensile (luglio) dell’edificio ad uso residenziale, e del ridotto contributo dello stesso sulla prestazione energetica estiva dell’edificio ad uso uffici. Per individuare il contributo dell’involucro opaco e soprattutto quello dell’isolamento termico è stata effettuata un’analisi di sensibilità utile a ricavare il peso di ciascun parametro (variabile indipendente) sulla prestazione termica estiva dell’edificio (variabile dipendente), espressa sia dal fabbisogno netto di energia per il raffrescamento sia dalla potenza frigorifera massima nel mese di luglio. L’accorpamento dei parametri originari campionati in parametri “semi-empirici” ha reso possibile l’individuazione, tra i modelli matematici studiati, di una funzione di tipo esponenziale per relazionare le variabili indipendenti alla variabile dipendente. Attraverso l’effettuazione di una regressione lineare multipla della variabile dipendente trasformata secondo l’equazione proposta e l’individuazione del valore dei coefficienti di regressione standardizzati, è stato ricavato il contributo di ciascun parametro, e in particolare quello dell’isolamento termico, sulla prestazione termica estiva per i due casi studio esaminati. In riferimento al microclima esterno e alle condizioni d’uso considerate, i risultati dell’analisi di sensibilità mostrano la ridotta influenza dell’involucro edilizio opaco sulla prestazione termica estiva a causa della prevalente influenza di altri fattori, quali le caratteristiche termiche e solari della superficie trasparente e l’estensione della superficie stessa. Nell’edificio ad uso uffici, in particolare, il contributo maggiore al carico interno non è da attribuire all’involucro, ma alle sorgenti termiche interne. L’importanza dell’isolamento termico nella progettazione termica estiva aumenta al diminuire dell’estensione della superficie vetrata e dell’effetto delle schermature solari; aumenta inoltre al diminuire degli apporti termici interni. L’ottimizzazione progettuale è un’altra possibile applicazione della nuova metodologia d’indagine termica; un esempio è fornito attraverso l’analisi di un edificio passivo in costruzione a Carpi (MO), caratterizzato dall’iper-isolamento delle strutture d’involucro. Le “criticità” progettuali evidenziate attraverso l’applicazione del metodo riguardano la presenza di carichi interni di modesta entità e il posizionamento non corretto delle schermature solari. È stata quindi proposta una strategia per l’abbattimento dei carichi interni: si tratta dell’attivazione della ventilazione naturale, introducendo in ambiente una portata d’aria più elevata quando le condizioni esterne risultano favorevoli. La riduzione del fabbisogno energetico per il raffrescamento è conseguente all’aumento del flusso termico convettivo legato alla ventilazione, e questo aspetto è ben evidenziato nella rappresentazione grafica della metodologia d’analisi. Il lavoro di tesi ha portato alla messa a punto di una metodologia di analisi piuttosto che a risultati generalizzabili. Tra gli sviluppi futuri dell’attività di ricerca è prevista l’estensione dello studio al fine di considerare un numero più ampio di condizioni al contorno (es. localizzazioni, destinazioni d’uso). Inoltre, l’analisi di sensibilità, pur identificando in maniera qualitativa ma già sufficientemente indicativa il peso di ciascun parametro progettuale o condizione al contorno sulla prestazione termica estiva, dovrà essere approfondita al fine di individuare un’espressione più precisa per predire l’entità del fabbisogno in funzione dei parametri di influenza.

Quadro legislativo europeo e nazionale e nuovi decreti della regione Emilia Romagna riguardanti le misure per il contenimento dei consumi energetici nell'edilizia. Analisi energetica di un edificio residenziale. Studio di alcuni interventi proposti al fine di incrementare le prestazioni energetiche dell'edificio, diminuendone le dispersioni verso l'ambiente esterno e/o migliorando il rendimento dell'impianto. Tali interventi sono volti alla riduzione dei consumi, sia economici sia di combustibile fossile, e al miglioramento delle condizioni di benessere termoigrometrico. Successiva analisi economica degli interventi, utilizzando come indici il VAN e il PBT e tenendo conto dell'Ecobonus. Relazione tra gli investimenti iniziali di cui necessitano tali interventi e la riduzione dell'indice di prestazione energetica ottenuta. Relazione tra gli investimenti iniziali necessari e i relativi valori di risparmio annuo monetario che si ottiene in seguito alla diminuzione di energia primaria e quindi di combustibile utilizzato per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria. Confronto fra i vari interventi al fine di valutarne la convenienza.

L’elaborato di tesi ha lo scopo di andare ad analizzare gli interventi di efficientamento energetico da realizzare su un edificio condominiale esistente per verificare i requisiti richiesti per accedere alle detrazioni fiscali previste dal Superbonus 110%. Dopo la descrizione del panorama normativo che regolamenta le detrazioni fiscali e il calcolo dei fabbisogni energetici, si presentano le caratteristiche geometriche-strutturali dell’edificio e l’impianto inizialmente presente. Viene poi proposta la descrizione degli interventi che si intendono realizzare per garantire il miglioramento della classe energetica. Infine, si analizza l’impatto degli interventi per garantire i requisiti necessari per accedere alle detrazioni.

Nella tesi sono state valutate le prestazioni energetiche di un edificio esistente ed i possibili interventi migliorativi da porre in opera per migliorare dette prestazioni in riferimento all'involucro edilizio, agli impianti e alla produzione di energia da fonti rinnovabili.

Il lavoro di tesi si è incentrato sull'analisi delle prestazioni energetiche annuali di tre diversi edifici, identici geometricamente ma con involucri realizzati seguendo tre differenti tipologie costruttive e simulati tramite il software di simulazione dinamica TRNSYS in tre diverse zone in Cile. È stato scelto come caso studio da replicare in Cile un edificio reale prefabbricato in legno in Italia, il cui involucro è stato poi modificato per porre a confronto tra loro le due tecniche costruttive in legno più diffuse (CLT e telaio) con la tecnica della muratura, analizzando le differenze energetiche che caratterizzano ciascun tipologia costruttiva, a parità di spessore di parete perimetrale. Ci si è quindi concentrati sulla ottimizzazione del corredo impiantistico da abbinare alle nove strutture analizzate, considerando che per le case in legno il controllo dell’umidità dell’aria interna risulta molto importante si è scelto di utilizzare per il riscaldamento e il raffrescamento dell’edificio in esame un impianto di ventilazione meccanica controllata basato su un recuperatore di calore dinamico che sfrutta una pompa di calore aria/aria invertibile per trasferire calore tra il flusso d’aria in ingresso ed in uscita dall'edificio. È stata poi eseguita un’analisi secondo il metodo LCA per fornire dati oggettivi sull'impatto ambientale complessivo degli elementi costituenti l’edificio verificando l’enorme guadagno connesso all'utilizzo di strutture in legno. I risultati ottenuti in questa tesi portano a concludere che per un Paese come il Cile, grande produttore di legno, l’adozione di edifici prefabbricati in legno ad elevato isolamento termico combinati con impianti di ventilazione a recupero dinamico permette di ridurre i consumi totali di energia primaria degli edifici, riducendo al contempo il tasso di inquinamento dovuto alle attuali metodologie utilizzate per la produzione di energia per il residenziale.

L’obiettivo dello studio è principalmente confrontare l’importanza della conformazione architettonica degli edifici residenziali ai fini della valutazione delle prestazioni energetiche. In particolare, si vuole valutare l’incidenza del dettaglio nella modellazione rispetto ai principali indicatori energetici. Inizialmente è stata fatta una ricognizione, nel complesso quadro normativo, sul concetto di efficienza energetica degli edifici, dal livello europeo alla legislazione nazionale e regionale, regione Veneto. È stata analizzata anche la normativa tecnica in materia italiana ed europea. Definizione di concetto di NZEB, nelle sue accezioni, definendone caratteristiche e quadro critico italiano. Analisi del concetto di efficienza energetica di un edificio e focus su: prestazione energetica, fabbisogno energetico, definizioni di trasmittanza termica, ponti termici, attestato di prestazione energetica (APE). Introduzione del caso di studio,edificio residenziale sito a Concordia Sagittaria, e descrizione di: configurazione architettonica, tipologia strutturale, impianti, consumi, stato di conservazione, progetto di miglioramento, materiali utilizzati, stratigrafie, tipologie abitative. Il caso di studio è stato scelto all’interno del progetto europeo TripleA-reno. Definito il software di modellazione è stata effettuata una valutazione dettagliata della prestazione energetica dell’edificio che è stato successivamente approssimato. Si sono poi messe a confronto le diverse valutazioni energetiche e valutati quali parametri vengono maggiormente influenzati dalla semplificazione introdotta. Lo studio è stato condotto sia per lo stato di fatto che per un paio di casi in stato di progetto. In parallelo è stato condotto un monitoraggio ambientale ed etnografico per valutare l’effettivo comfort abitativo in alcuni appartamenti rilevando i principali parametri ambientali (temperatura, umidità relativa, CO2 e consumi elettrici) in parallelo alle sensazioni degli abitanti.

Scopo di questo studio è fornire una analisi delle differenze fra i metodi di calcolo disponibili delle dispersioni energetiche di un edificio, sia calcolate in maniera dettagliata che tramite approssimazioni, al fine ultimo di semplificarlo e renderlo più accessibile all’utente comune. Il caso studio è un complesso condominiale risalente al 1936 situato in via Magenta presso Reggio Emilia, attualmente soggetto di riqualificazione. Sono stati realizzati modelli dettagliati allo stato di fatto originario e allo stato riqualificato con TerMus, per il calcolo semi-stazionario, e con DesignBuilder/EnergyPlus, per il calcolo dinamico, oltre a modelli semplificati tramite tipologie costruttive standard per epoca e classe edilizia con DesignBuilder/EnergyPlus seguendo le tipologie costruttive offerte dal progetto TABULA. È inoltre stata analizzata una seconda semplificazione che prevede la diretta sostituzione dell’edificio analizzato con l’edificio-tipo offerto da TABULA nella sua matrice delle tipologie edilizie italiane. Dai risultati ottenuti è stato possibile dare legittimità a parte delle semplificazioni applicate e indicare quali non siano applicabili, è stata offerta una analisi sulle differenze riscontrabili fra TerMus e DesignBuilder/EnergyPlus e una chiave di confronto fra i dati ottenibili da tali programmi, e infine è stata svolta una valutazione sul successo della riqualificazione energetica analizzata.

In questo lavoro di tesi sono state simulate le prestazioni energetiche di un edificio residenziale situato a Novi di Modena tramite due software di simulazione: Edilclima (di tipo quasi-stazionario) e TRNSYS (di tipo dinamico). L'immobile è stato ricostruito a causa dei danni causati dal terremoto del 2012 che ha colpito l'Emilia Romagna, si sviluppa su tre piani ed è caratterizzato da un involucro edilizio isolato e molto performante. Nella prima fase del lavoro è stato implementato il modello dell'edificio e dell'impianto sui due software simulativi. Successivamente, è stato deciso di calibrare il modello di simulazione dinamica sui dati reali riguardanti i consumi elettrici, disponibili grazie ad una campagna di monitoraggio avvenuta tra il 25/04/17 ed il 31/10/17: in questo periodo, infatti, gli utenti si sono prestati a fornire le letture dei contatori elettrici a cadenza settimanale. Sul modello simulativo calibrato sono state fatte poi delle analisi annuali sui consumi. Successivamente, sono stati studiati degli interventi migliorativi al fine di migliorare le prestazioni dell'impianto attualmente installato: installazione di una batteria di accumulo per il fotovoltaico; potenziamento del campo fotovoltaico tramite l'installazione di ulteriori 2.16 kWp; combinazione dei due precedenti interventi. Per valutare la fattibilità economica degli interventi ipotizzati, è stata eseguita un'analisi economica tramite lo strumento del VAN (Valore Attuale Netto) tenendo in considerazione i tassi di inflazione, di interesse e di aumento del costo dell'energia elettrica, nonché di costi di manutenzione, di sostituzione dei componenti degli impianti ed infine dei benefici derivanti da detrazioni fiscali e scambio sul posto.

La tesi ha come oggetto la valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici. L’argomento viene trattato tramite: - una breve panoramica relativa all’evoluzione normativa nazionale ed europea oltre che alle modalità di calcolo e analisi a disposizione del progettista; - una dettagliata analisi dei principali interventi di riqualificazione energetica attuabili sul patrimonio edilizio esistente; - la valutazione della prestazione energetica relativa all'edificio esistente oggetto di studio (condominio composto da 7 appartamenti disposti su 4 piani fuori terra sito in Crevalcore, BO) secondo due diverse modalità: • in regime semi-stazionario, • in regime dinamico, tramite il software di calcolo opensource “EnergyPlus”. La parte più consistente della tesi è stata dedicata all’analisi in regime dinamico. Dopo aver descritto dettagliatamente il complesso procedimento che determina tale tipo di modellazione, sono state effettuate numerose analisi, allo scopo di valutare il comportamento dell’edificio nei diversi periodi stagioali e diverse configurazioni impiantistiche. I risultati ottenuti hanno consentito di cogliere le potenzialità di una modellazione in regime dinamico, in particolare legate alla migliore capacità di tener conto degli apporti gratuiti, su tutti quelli solari. Di contro, sono emersi anche i limiti di tale modellazione, sostanzialmente riconducibili alla complessità del procedimento oltre alle numerose e dettagliate informazioni che vengono richieste al progettista

La tematica del presente scritto è l’analisi teorico-sperimentale del sistema edificio-impianto, che è funzione delle soluzioni progettuali adottate, dei componenti scelti e del tipo di conduzione prevista. La Direttiva 2010/31/CE sulle prestazioni energetiche degli edifici, entrata in vigore l’8 luglio 2010, pubblicata sulla Gazzetta Europea del 18 giugno 2010, sostituirà, dal 1º febbraio 2012, la direttiva 2002/91/CE. La direttiva prevede che vengano redatti piani nazionali destinati ad aumentare il numero di “edifici a energia quasi zero” e che entro il 31 dicembre 2020 tutti gli edifici di nuova costruzione dovranno essere “edifici a energia quasi zero”, per gli edifici pubblici questa scadenza è anticipata al 31 dicembre 2018. In questa prospettiva sono stati progettati due “edifici a energia quasi zero”, una villa monofamiliare e un complesso scolastico (scuola dell’infanzia, elementare, media inferiore) attualmente in via di realizzazione, con l’obiettivo principale di fornire un caso studio unico per ogni tipologia in quanto anche modulare e replicabile nella realtà del nostro territorio, che anticipano gli obiettivi fissati dalla Direttiva 2010/31/CE. I risultati ottenibili dai suddetti progetti, esposti nella tesi, sono il frutto di un attenta e proficua progettazione integrata, connubio tra progettazione architettonica ed energetico/impiantistica. La stessa progettazione ha esaminato le tecnologie, i materiali e le soluzioni tecniche “mirate” ai fini del comfort ambientale e di un’elevata prestazione energetica dell’edificio. Inoltre è stato dedicato ampio rilievo alla diagnosi energetica degli edifici esistenti attraverso 4 casi studio, i principali svolti durante i tre anni di dottorato di ricerca, esemplari del patrimonio edilizio italiano. Per ogni caso studio è stata condotta una diagnosi energetica dell’edificio, valutati i risultati e definita la classe energetica, ed in seguito sono stati presi in considerazione i possibili interventi migliorativi sia da un punto di vista qualitativo sia economico tenendo conto degli incentivi statali per l’incremento dell’efficienza energetica.

La tematica del presente scritto è l’analisi teorico-sperimentale del sistema edificio-impianto, che è funzione delle soluzioni progettuali adottate, dei componenti scelti e del tipo di conduzione prevista. La Direttiva 2010/31/CE sulle prestazioni energetiche degli edifici, entrata in vigore l’8 luglio 2010, pubblicata sulla Gazzetta Europea del 18 giugno 2010, sostituirà, dal 1º febbraio 2012, la direttiva 2002/91/CE. La direttiva prevede che vengano redatti piani nazionali destinati ad aumentare il numero di “edifici a energia quasi zero” e che entro il 31 dicembre 2020 tutti gli edifici di nuova costruzione dovranno essere “edifici a energia quasi zero”, per gli edifici pubblici questa scadenza è anticipata al 31 dicembre 2018. In questa prospettiva sono stati progettati due “edifici a energia quasi zero”, una villa monofamiliare e un complesso scolastico (scuola dell’infanzia, elementare, media inferiore) attualmente in via di realizzazione, con l’obiettivo principale di fornire un caso studio unico per ogni tipologia in quanto anche modulare e replicabile nella realtà del nostro territorio, che anticipano gli obiettivi fissati dalla Direttiva 2010/31/CE. I risultati ottenibili dai suddetti progetti, esposti nella tesi, sono il frutto di un attenta e proficua progettazione integrata, connubio tra progettazione architettonica ed energetico/impiantistica. La stessa progettazione ha esaminato le tecnologie, i materiali e le soluzioni tecniche “mirate” ai fini del comfort ambientale e di un’elevata prestazione energetica dell’edificio. Inoltre è stato dedicato ampio rilievo alla diagnosi energetica degli edifici esistenti attraverso 4 casi studio, i principali svolti durante i tre anni di dottorato di ricerca, esemplari del patrimonio edilizio italiano. Per ogni caso studio è stata condotta una diagnosi energetica dell’edificio, valutati i risultati e definita la classe energetica, ed in seguito sono stati presi in considerazione i possibili interventi migliorativi sia da un punto di vista qualitativo sia economico tenendo conto degli incentivi statali per l’incremento dell’efficienza energetica.

La tesi ha come oggetto l’ottimizzazione delle prestazioni termiche e energetiche di un edificio adibito ad uffici con involucro interamente vetrato. Lo studio è stato svolto attraverso lo strumento di simulazione termo-energetica dinamica, mezzo fondamentale per un corretto approccio alla progettazione architettonica, il cui utilizzo in fase preliminare diviene essenziale per verificare l’efficacia di un progetto, consentendo di valutare e eventualmente correggere determinate scelte quando ancora i tempi lo consentano, anziché intervenire poi sulla condizione esistente, se possibile, con un ulteriore dispendio di tempo e energie. A una prima fase di ricerca incentrata sul vetro e sul ruolo dello stesso in architettura e in edilizia segue la fase relativa alla simulazione dinamica, effettuata con il software EnergyPlus attraverso l’interfaccia utente DesignBuilder. Si è andati quindi ad analizzare ufficio-tipo con esposizione differente, prendendo come riferimento il complesso edilizio di Palazzo Bonaccorso, nuova sede del Comune di Bologna. L’individuazione del caso di studio tuttavia è puramente esemplificativa, in quanto obiettivo del lavoro è svolgere considerazioni di più ampia veduta circa gli edifici con involucro vetrato senza condurre un’inchiesta specifica sull’esistente. L’analisi si è svolta andando a variare tipologia di vetro, di telaio e di schermatura; infine si è intervenuti sulla percentuale di superficie vetrata. La simulazione dinamica si è tradotta in risultati coerenti nelle soluzioni progettuali analizzate. I risultati ottenuti confermano pertanto l’utilità di questo genere di analisi, non solo in fase preliminare, quale mezzo di progettazione integrata, ma anche in fase di riqualificazione, al fine di studiare quale sia la miglior soluzione correttiva da applicare a un edificio con involucro interamente vetrato che presenta problemi di comfort termico e di consumo energetico.

Il percorso affrontato per lo svolgimento della tesi si muove nell’ambito del progetto europeo “Abracadabra” finalizzato ad evidenziare le opportunità tecnico-economiche di riqualificazione degli edifici esistenti tramite sistemi di addizioni volumetriche che possano portare gli edifici a nZEB dal punto di vista energetico e possano determinarne un incremento del loro valore immobiliare. Il lavoro svolto mira in particolare ad analizzare gli effetti energetici delle addizioni volumetriche di facciata tramite soluzioni architettoniche e tecnologiche che possano portare a minimizzare i fabbisogni annuali per la climatizzazione degli ambienti interni ed al contempo possano garantire adeguati ricambi di aria. Le valutazioni sono state eseguite su un edificio esistente realizzato a Bologna negli anni ’70 e avente quindi caratteristiche termofisiche molto scadenti. Partendo da soluzioni tradizionali che prevedono la realizzazione di sistemi di isolamento termico a cappotto e sostituzione degli infissi, lo studio si è incentrato sulla analisi delle seguenti soluzioni: 1)creazioni di terrazzamenti esterni con serre apribili su tutta la facciata esterna, 2)creazioni di terrazze e sistemi di tamponamento trasparenti a doppia pelle. Sono state analizzate diverse combinazioni delle soluzioni proposte valutando i vantaggi energetici ottenibili con installazione sulle facciate diversamente orientate. Le simulazioni energetiche sono state eseguite con modellazione dinamica tramite il software Design Builder su un appartamento tipo avente doppia esposizione (nord-sud) e ventilazione trasversale. I risultati offrono indicazioni importanti sulla scelta del sistema energeticamente più vantaggioso in funzione anche di diverse zone climatiche, evidenziando i parametri che consentono di portare l’edifico a prestazioni energetiche comparabili a quelle di un edificio nZEB.

Il presente lavoro di tesi si focalizza sull’analisi delle prestazioni energetiche di un edificio residenziale appartenente al complesso PEEP di Corticella. L’edificio è stato oggetto negli ultimi anni di interventi di riqualificazione energetica da parte della ESCO Geetit.srl del gruppo Termal di Bologna. La tesi ha come obiettivo ultimo la dimostrazione dei risultati ottenuti grazie agli interventi a cui è stato sottoposto e l’evoluzione dei consumi che potrebbero portare a ulteriori strategie e soluzioni migliorativi. L’argomento viene introdotto attraverso una panoramica riguardante gli interventi di efficientamento applicabili su edifici residenziali in accordo con le norme vigenti. Si descrivono in seguito gli interventi di riqualificazione energetica a cui è stato sottoposto lo stabile negli ultimi anni prendendo in esame i consumi storici e attuali in modo tale da pesare i miglioramenti ottenuti nella condizione post interventi. Si è proceduto con un’analisi comportamentale, tramite stumenti di monitoraggio e questionari agli utenti. Infine si è valutata la prestazione energetica dell’edificio tramite modellazione in regime dinamico con il software Design Builder, sia nel caso di edificio non coibentato sia nello stato attuale (coibentato), così da poter proporre ulteriori soluzioni migliorative.

L'obiettivo della Tesi di Laurea si inserisce tra quelli del progetto europeo ProGETonE, in particolar modo la riqualificazione energetica attraverso l'inserimento di impianti performanti e l'uso di fonti di energia rinnovabile al fine di ridurre al massimo i consumi energetici, fino ad arrivare ad avere un edificio NZEB. L'oggetto di intervento della Tesi di Laurea è un complesso residenziale in Provincia di Reggio Emilia di 13 appartamenti di edilizia popolare, nel quale è previsto un incremento di volumetria al fine di aumentarne il valore. É previsto inoltre l'inserimento di un isolamento a cappotto sulle pareti esterne esistenti e la sostituzione degli infissi. La tesi di Laurea parte da queste ipotesi progettuali e ha come fine quello di proporre diverse soluzioni impiantistiche di fattibilità, al fine di ottenere un miglioramento energetico. Nello stato di fatto è presente un impianto termico centralizzato per il riscaldamento degli ambienti e per la produzione di acqua calda sanitaria, con un generatore di calore alimentato a metano; non è presente nessuna forma di impianto di raffrescamento. Vengono proposte tre soluzioni che vanno ad evidenziare modalità diverse di intervento su un edificio esistente, ma in tutti i casi si ottiene un miglioramento in termini di riscaldamento invernale, raffrescamento estivo e qualità dell'aria interna all'abitazione. Per tutte tre le soluzioni è previsto l'inserimento di fonti di energia rinnovabile, ovvero pannelli fotovoltaici da collocarsi nel tetto; Il fine di questa tesi è quello di proporre soluzioni impiantistiche per il miglioramento energetico, i risultati sono stati valutati tramite simulazioni energetiche con il software EdilClima e confrontate con quelle svolte sullo stato di fatto e post intervento.

Obbiettivo principale del presente lavoro di tesi è quello di valutare, attraverso un intervento di ristrutturazione importante su un edificio residenziale, un differente approccio metodologico alle tematiche impiantistiche, energetiche ed ambientali. Attraverso la combinazione del Building Information Modeling, di software specifici per l’analisi energetica e del protocollo di sostenibilità ambientale GBC HOME, di derivazione LEED, ma adattato al panorama tipologico e normativo italiano, si cercherà, da un lato di ottimizzare l’intero processo di progettazione architettonica ed impiantistica e dall’altro, si cercherà di porre particolare attenzione al confronto delle metodologie di analisi energetica promosse, dal protocollo di sostenibilità preso in esame ed invece quelle previste dalle leggi nazionali vigenti. Da una prima analisi dello stato di fatto, si proseguirà poi alla progettazione degli interventi di miglioramento delle caratteristiche termiche dell’involucro, come ad esempio l’installazione di cappotto isolante e la sostituzione dei serramenti, grazie ai quali sarà possibile contenere le dispersioni termiche ed installare, in linea con le principali politiche internazionali di decarbonizzazione, efficienti sistemi impiantistici in poma di calore. Si otterrà dunque come risultato finale un edificio ad alte prestazioni e completamente indipendente da forniture di gas metano ed in grado, perciò, di annullare le emissioni di CO2 all’interno dei confini della proprietà. Si cercherà inoltre di approfondire le potenzialità di sistemi di ventilazione meccanica controllata attraverso il diretto confronto con due differenti scenari di progetto, in funzione di una trattazione globale del concetto di sostenibilità. Infine, l’analisi dei risultati ottenuti consentirà di mettere in evidenza l’importanza dell’adozione di una analisi non esclusivamente energetica, in grado di valorizzazione e meglio giustificare tutte le scelte progettuali fatte.

Dynamic simulation is becoming very important in energy design phases of new buildings, in the energy diagnosis process and in case of continuous-commissioning. In Italy designers do not have to use dynamic simulations for verifying the minimal energy requirements of buildings, but they need to predict energy performance with more detail than what is possible with semi-stationary methods. National standards utilized to evaluate the energy performance of buildings are UNI TS 11300 parts 1, 2, 3 and 4; they use a semi-stationary method with monthly average climate data. In Europe the Energy Performance of Buildings Directive 2010/31/UE (EPBD Recast) introduces dynamic simulation to calculate primary energy for end uses in the context of Net Zero Energy Buildings. This work applies dynamic simulation to energy design of buildings and building monitoring, and focuses on the validity of these methods in evaluating high performance buildings, on the problem of input data availability and on the influence of some parameters in energy modeling. Starting from ANSI/ASHRAE validation tests of dynamic methods, this work suggest a validation procedure of the Design Builder software (in its Conduction Transfer Function package) using the European standard UNI EN 15265. The same standard is also used to evaluate which of the convection algorithms of EnergyPlus best approaches reference results for heating and cooling. The obtained results are used later for the dynamic simulation of high performance buildings case studies. The first case study is a new high energy performance residential building. The first step is an annual free-running monitoring of indoor environmental data; then the building is hourly simulated with a dynamic code and at the end there is an evaluation of the gap between actual and predicted data, and of their correlation when varying some input data of the model. The second case study is an energy design experience of a reconstructed residential building after the earthquake in Emilia Romagna (May 2012). The design process is being developed with the aim of receiving the GBC Home® Italia certification at the end of the construction phase. The work focalizes on the two dynamic simulations required by the protocol: design building and reference building. This procedure allows the collection of points in the category Energy and Atmosphere by demonstrating a percentage improvement in the proposed building performance rating compared with the baseline. The dynamic evaluation concerns all end uses of the building: heating, cooling, hot water production, pumps, lighting and other equipment.

Obiettivi generali e particolari. Nell’ambito della valutazione del fabbisogno di energia degli edifici, la tesi approfondisce le metodologie per l’analisi dei ponti termici e dei componenti speciali di involucro (serre solari e coperture verdi). Con l’entrata in vigore della Direttiva europea 2010/31/EU (EPBD recast) si promuovono infatti interventi volti alla costruzione di edifici ad altissima prestazione energetica e si affida al CEN il compito di elaborare norme europee relative ai metodi di calcolo. Allo stato attuale mancano, o necessitano di implementazione, adeguate metodologie di calcolo armonizzate che permettano di tenere in adeguata considerazione gli scambi termici in prossimità dei nodi strutturali (ponti termici), gli apporti solari entranti in ambiente climatizzato attraverso serre solari e gli scambi termici attraverso le coperture verdi. La ricerca si propone, relativamente a ciascun ambito di indagine, di confrontare metodologie di calcolo semplificate e metodologie di calcolo dettagliate (attraverso l’utilizzo di strumenti che operano alle differenze finite, in regime dinamico ecc.) al fine di implementare le metodologie di calcolo semplificate. Contenuti. Prima di affrontare gli argomenti specifici dell’analisi, sono state analizzate in generale tre metodologie per il calcolo del fabbisogno di energia termica dell’edificio: mensile quasi stazionaria e oraria semplificata (secondo UNI EN ISO 13790) e dinamica (implementato in EnergyPlus). Il confronto, applicato ad una palazzina residenziale, è stato effettuato in coerenza con una serie di opzioni definite per la congruenza dei modelli. Per quanto concerne l’analisi dei ponti termici, il lavoro ha previsto la determinazione della trasmittanza termica lineare  attraverso calcoli alle differenze finite secondo la norma UNI EN ISO 10211, al variare dei parametri progettuali significativi; il confronto tra tali valori di  calcolati e i corrispondenti valori standard secondo la norma UNI EN ISO 14683; la creazione di un atlante di ponti termici; l’individuazione di equazioni di correlazione e applicazione dell’analisi di sensibilità al fine di quantificare il peso che la variazione dei parametri di ingresso ha sulla variazione di ; l’analisi dell’incidenza dei ponti termici sulle dispersioni termiche totali per trasmissione e sul fabbisogno di energia termica dell’edificio per alcuni casi di studio. Per quanto concerne il calcolo degli apporti solari entranti in ambiente climatizzato attraverso le serre solari, il lavoro ha previsto il confronto tra il metodo semplificato della norma UNI EN ISO 13790 e il metodo dettagliato implementato in EnergyPlus. Alcune analisi parametriche al variare delle caratteristiche fisico-tecniche e morfologiche della serra sono state condotte su un modello di serra solare addossata ad un locale climatizzato al fine di confrontare gli apporti solari calcolati con i due metodi. Allo scopo di analizzare lo scostamento tra i metodi in termini di fabbisogno di energia termica nel periodo invernale, è stato analizzato un edificio residenziale con una serra solare addossata. Per quanto concerne il calcolo della trasmissione di calore attraverso le coperture verdi, il lavoro ha previsto l’analisi di una metodologia di calcolo adeguata a tenere in considerazione i fenomeni fisici propri della tecnologia e, a partire da tale modello, l’individuazione e il calcolo di un parametro termo-fisico rappresentativo della copertura verde. In particolare, a partire dalla metodologia implementata in EnergyPlus, è stata calcolata la trasmittanza termica periodica equivalente (Yie) per coperture verdi. Un’analisi di sensibilità è stata condotta e un confronto tra i valori di Yie calcolati attraverso il metodo di calcolo individuato e i valori di Yie calcolati attraverso il metodo semplificato è stato effettuato. Risultati raggiunti. I risultati maggiormente rilevanti ottenuti durante il triennio sono relativi ai confronti tra metodologie di calcolo. In particolare, dal confronto in termini di fabbisogno di energia termica attraverso i metodi della UNI EN ISO 13790 e simulazione dinamica (EnergyPlus) emerge una sostanziale differenza tra il metodo di calcolo mensile e il metodo dinamico durante la stagione estiva, mentre i metodi divergono moderatamente (2% ÷ 15%) in stagione di riscaldamento. Per quanto concerne i metodi per la caratterizzazione energetica dei ponti termici, delle coperture verdi e delle serre solari, emerge una sostanziale inadeguatezza dei metodi di calcolo proposti dalla normativa tecnica e quindi la necessità di un utilizzo di metodologie maggiormente dettagliate al fine di meglio valutare i benefici indotti dall’utilizzo di tali tecnologie.

Lo studio condotto nella presente Tesi ha l’obiettivo di dare un contributo ai metodi di dimensionamento e di simulazione dinamica dei campi di sonde geotermiche. Si è fatto riferimento al metodo basato sull’utilizzo di funzioni adimensionali denominate g-function, che consente di valutare l’evoluzione nel tempo della distribuzione di temperatura nel terreno prodotta da un campo di sonde geotermiche verticali. In particolare, il contributo è costituito dalla estensione dei risultati riportati nel lavoro: E. Zanchini, S. Lazzari, Temperature distribution in a field of long Borehole Heat Exchangers (BHEs) subjected to a monthly avareged heat flux. Energy 59, 570-580, 2013. In questa Tesi sono state determinate espressioni polinomiali accurate delle g-function per sonde geotermiche corte, cioè con rapporto fra lunghezza e diametro inferiori a 500. Inoltre, trattandosi di uno studio rivolto a sonde geotermiche corte, sono state poi sviluppate ed applicate espressioni analitiche che consentono di valutare gli effetti delle variazioni della temperatura media mensile della superficie del terreno sulla temperatura media all’interfaccia sonde-terreno, e quindi sull’efficienza del campo sonde. Sono stati poi analizzati gli effetti delle variazioni della temperatura media mensile della superficie del terreno, considerando il clima di Bologna, sulle prestazioni di sonde di lunghezza 15, 20, 45, 60, 75 metri e diametro 5, 10, 15 cm.

Il presente studio e' rivolto alla comprensione del ruolo che le analisi delle prestazioni energetiche degli edifici hanno nello studio e nella pratica della progettazione architettonica. In accordo con i principi fondamentali della Progettazione Ambientale si sostiene che aspetti come le prestazioni termiche, il comfort acustico, i livelli di illuminazione naturale, siano di fondamentale importanza nella progettazione di tutti gli edifici e che debbano essere valutati gia' nelle prime fasi del processo di progettazione. In tal senso, gli strumenti di simulazione e analisi delle prestazioni energetiche sono, oggi, in grado di supportare i progettisti nelle prime fasi del processo. Con l'obbiettivo di sperimentare rapidamente gli effetti energetico-prestazionali gia' delle prime rudimentali soluzioni architettoniche in base all'orientamento, ai materiali, dimensioni e distribuzione delle aperture, dispositivi di ombreggiatura, ecc; gli strumenti di analisi e di simulazione possono accompagnare, con rapidi e semplici riscontri, il processo di progettazione sino all'individuazione della soluzione formale e funzionale del progetto. L'integrazione, sin dalle prime fasi, di veloci ed efficaci analisi avra' come risultato non solo un miglioramento delle prestazioni energetiche finali dell'edificio, ma permettera' di conoscere e valutare gli effetti e le conseguenze di ogni singola scelta progettuale e comprendere cosi' le ragioni della prestazione energetica finale stessa. The aim of this study is the understanding of the role that building energy performance has in the study and practice of building design. According to the main principles of the Environmental Design, it argues that conditions such as thermal performance, acoustic comfort, lighting levels, are of fundamental importance in the building design and that these aspects should be considered at the very earliest stages of the design process. Now, energy building design tools are able to support designers in the early design stages. The aim is to allow the designers to begin with rudimentary forms, experimenting with effects of orientation, materials, window size and distribution, shading systems, etc. Energy building design tools can follow, quickly and in a smart manner, the design process until the final functional and formal solution of the project. Integrating, fast and efficient, energy performance analysis into the initial stages of design, will not only improve the whole energy building performance, but allow to understand the effects of each design decision and, thus, to understand why building will perform in this way. The aim of this research is to discuss the role that building performance modeling and simulation plays in the study and practice of Architecture. It argues that energy performances and indoor comfort levels are of fundamental importance in the design of all buildings and should therefore be considered by the design architects at the very earliest stages of the design process. This work basically agrees with the proposition that design is no longer dominated by physical structure thinking but by performance and system based concerns. However, is possible to recognise the need to find appropriate criteria, which are directly related to design actions, to evaluate performance and therefore effectively relate design decisions to simulation results. It is believed that the best way to set up a conversation between designers and simulationists isn't to swing between the two points of view but to establish a unified framework for discussion disconnected from any specific tool or performance target. The state of the art presented by SERI (Sustainable European Research Institute) in 1985 acknowledged the fact that a comprehensive design process for energy efficient buildings was nonexistent due to complex and case-by-case interactions between the weather and the building surroundings, usage, client preferences, etc. and this view is still valid today. The challenge of reducing energy consumption as a new design issue is still there in terms of architecture. The difference between 1985 and today is that ''environmentally friendly'' components and simulation tools to evaluate building performance are now quite well developed, but much is still to be done with regards to the overall building context. In either case the identified need is to deal with the building as a whole not by assemblage of components. We are now in an age where building performance targets will not only be set but will be explicitly measured as well, so architects who do not integrate creativity and rational technology risk becoming purely professional specifiers of ''environmentally friendly'' components that might even influence the overall performance of a building depending on the overall context they are put into. It seems to be a contradiction to think that Architecture is not making it happen, and it is the aim of this study to understand why and to start a discussion about a possible way to overcome this problem. The starting point is a review of the methods currently used to analyse simulation tool results, as well as the methods used to integrate simulation tool results into the design process. This research try to illustrate the main trends and to identify the overall reasons for this integration and to propose to integrate simulation tools into the design process by setting up a common framework.

More than 30% of the final energy uses in the European Union are due to the building energy consumptions. In order to reduce their energy impact and improve their efficiency, the design activity has been given a large importance, both for new buildings or refurbishment projects. Moreover, besides these goals, during the last years the indoor comfort conditions have assumed a more and more relevant significance for professionals in the building design. That required the development of properly detailed instruments of analysis, such as building energy simulation tools (BES). Generally, the more complex a tool, the higher the number of required inputs but not all of them are always available in the early design stages. For this reason, BES codes have been used also to elaborate simpler models. This research analyses the possibilities given by an extensive use of the BES for the evaluation of the building envelope energy performance and some of the different issues related to BES. The first topic discussed is related to the external boundary conditions in BES, in particular the definition of a representative weather file for the description of the external environment and of the modelling of the heat transfer through the ground. The second topic analyses the problems of the validation of the results provided by BES tools and the relative accuracy introduced by the choice of a specific code. The comparison between BES software is carried out both considering the outputs of a whole thermal zone, such as heating and cooling energy needs and peak loads and the time of their occurrences, and the response of a single component (i.e., opaque walls and glazings). Finally, the coherence between the energy needs elaborated by means of BES tools and those by the quasi-steady state model presented in the technical Standard EN ISO 13790:2008 is studied and some correction factors are proposed for this simplified method.
Più del 30% degli impieghi finali di energia nell’Unione Europea è dovuto ai consumi energetici degli edifici. Al fine di ridurre il loro impatto energetico e migliorare la loro efficienza, è stata data una sempre maggiore importanza all’attività di progettazione, sia in merito ai nuovi edifici sia per gli interventi di riqualificazione. Inoltre, in aggiunta a questi obiettivi, durante gli ultimi anni le condizioni di comfort nell’ambiente confinato hanno assunto una sempre maggiore significatività per i progettisti edili. Ciò ha richiesto lo sviluppo di strumenti di analisi adeguatamente dettagliati, come i simulatori dinamici dell’edificio. In generale, più è complesso uno strumento, maggiore è il numero di input richiesti ma non tutti sono sempre disponibili nelle fasi iniziali della progettazione. Per questa ragione, i codici di simulazione dinamica sono stati impiegati anche per sviluppare modelli semplificati. Questa ricerca analizza le possibilità date da un uso estensivo della simulazione dinamica per la valutazione delle prestazioni energetiche dell’involucro edilizio e alcune problematiche relative ad essa. Il primo argomento discusso riguarda le condizioni al contorno nella simulazione dinamica, in particolare la definizione di un file climatico rappresentativo per la descrizione dell’ambiente esterno e la modellazione dello scambio di calore attraverso il terreno. Il secondo argomento analizza i problemi della validazione dei risultati forniti dagli strumenti di simulazione dinamica e l’accuratezza introdotta dalla scelta di uno specifico codice. Il confronto tra i software di simulazione dinamica è condotto sia a livello degli output di un’intera zona termica, quali i fabbisogni di riscaldamento e raffrescamento, i carichi di picco e l’istante in cui si verificano, e la risposta di un singolo componente (i.e., le pareti opache e quelle vetrate). Infine, viene studiata la coerenza tra i fabbisogni energetici elaborati dagli strumenti di simulazione dinamica e quelli ottenuti tramite il modello semi-stazionario presentato nella normativa EN ISO 13790:2008 e vengono proposti alcuni fattori correttivi per questo metodo semplificato.

ABSTRACT Current national standards for determining the energy performance of buildings, are four parts of UNI TS 11300, which provide the calculation procedures in order to determine the thermal and primary energy and the use of renewable energy for air conditioning in winter and summer , as well as for the production of domestic hot water. In UNI TS 11300-1:2008. Energy performance of buildings - Part 1: Determination of thermal energy demand for air conditioning in winter and summer , and in the document CTI 010200043. DRAFT, Revision of the technical specification UNI / TS 11300-1, of 20/03/2012, the calculation of the thermal energy demand in the cooling operation, is carried out by the monthly quasi-steady state method, in which the utilization factor of the dispersions is used to take into account the dynamic effects. The literature regarding the energy performance of buildings, counts among recent works, many papers concerning the comparison of methods of dynamic simulation, and many developed that aim to verify the basic assumptions of the simplified methods for the determination of cooling energy demand . In the present work, an exhibition of classic theories and studies is provided in Chapter IV. At the same time, the Building simulation fundamentals are analyzed (Chapter V). The specific field of reference is that of validation procedures, in the sense and in terms of Chapter VII of the calculation method of monthly cooling demand, through the utilization factor of the dispersions. Based on the analysis of the calculated values with the software adopted in the guidelines for the energy certification of buildings throughout the country, and analyzing in detail the procedure for calculating the national and European standards for the determination of the cooling energy demand , and the significance and determination of dynamic parameters, the validation procedure is analyzed, evaluating the internal temperature, on which is based the utilization factor of the dispersions for the calculation of the thermal energy, which is necessary to maintain within a thermal zone of predetermined conditions of temperature. The thermal zone of UNI EN 15265:2008 has been considered, , which was worked in the process of method validation monthly UNI EN ISO 13790: 2008, Calculation of energy use for heating and cooling; moreover the test conditions Test 1 and Test 4 of the same Standard have been applied,. The weather data, provided by the Italian Thermotechnical Committee in the draft UNI 10349: 2012, Climatic data, have been used; furthermore these data have been properly processed with the code TRNSYS to be compatible with the chosen code to perform dynamic simulations, Energy Plus, because there was a significant difference (Chapter VI) with climate data provided by the US Department of Energy (DOE), that are climate data "G. De Giorgio, usually used in dynamic simulations. The results of obtained internal temperature do not justify the adoption of the coefficient of utilization of dispersions, because the value of internal temperature does not presents the changes that would lead to calculate a greater heat exchange than real case, by referring to the value of the control temperature. Another important issue is related to the weather data used for building simulation. To this purpose, using the approach of "black box", present in the UNI EN ISO 13790: 2008, in relation to the first two calculations listed therein, the needs of thermal energy in cooling mode were compared. In detail a thermal zone residential has been simulated in conditions of climate data "G. De Giorgio, and then in the conditions, referred to as " type CTI Year ", highlighting the significant differences for each location and special look. The results obtained by studying the operative temperature, in Chapter VII, have further confirmed the idea to determine and compare the various terms entering the monthly heat balance, to identify problems and then search for the key parameters on which to make the necessary processing to get an agreement between the energy needs by a dynamic simulation method and by a calculation based on a stationary or semi-stationary method. To this purpose, for a thermal zone of residential type, and for eleven national weather climates, suitably chosen to represent the usual national meteorological conditions, the energy demand has been determined the terms of exchange and the terms arising from the contributions, by the dynamic method, and with the quasi-stationary method,. These, however, are the first step in research that must be done, and that in dynamic simulations, using the new values of outdoor temperature, relative humidity, solar radiation and wind speed which have been developed to identify the test reference year. Chapter II reports the study carried out as part of the review of UNI TS 11300-1 and 11300-2 (draft) Determination of primary energy demand and yields for winter heating and production of hot water, for ventilation and lighting. This study involves a more correct way to evaluate the primary energy rate of the ventilation by means of a suitable evaluation of the thermal energy need.
Le norme nazionali vigenti per la determinazione della prestazione energetica degli edifici, sono le quattro parti della serie delle UNI TS 11300, che forniscono le procedure di calcolo per la determinazione dell’energia termica e primaria e per l’utilizzo delle energie rinnovabili per la climatizzazione estiva ed invernale, nonché per la produzione di acqua calda sanitaria. Nella UNI TS 11300-1:2008. “Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica per la climatizzazione estiva ed invernale”, e nel documento CTI 010200043. DRAFT , “Revisione della specifica tecnica UNI/TS 11300-1”, del 20/03/2012, il calcolo del fabbisogno di energia termica in modalità di raffrescamento, viene effettuato mediante il metodo mensile quasi-stazionario, in cui il fattore di utilizzazione delle dispersioni, consente di tenere conto degli effetti dinamici. La letteratura che riguarda la prestazione energetica degli edifici, annovera tra gli ultimi lavori, numerosi scritti inerenti il confronto dei metodi di simulazione dinamica, ed altrettanti elaborati che mirano a verificare le ipotesi fondamentali dei metodi semplificati per la determinazione del fabbisogno di energia termica in modalità di raffrescamento. Nel presente lavoro, una esposizione classica delle teorie e degli studi che si sono avvicendati, si trova nel capitolo IV. Contemporaneamente, ha avuto un notevole impulso la Building simulation, di cui si sono evidenziati ( capitolo V ) i fondamenti e la modellazione energetica dell’ambiente confinato mediante il bilancio sull’aria, di massa e di energia, indicando i termini e le equazioni fondamentali. L’ ambito specifico di riferimento è quello delle procedure di validazione, nel senso e nei termini del capitolo VII, del metodo di calcolo mensile del fabbisogno termico per raffrescamento, attraverso il fattore di utilizzazione delle dispersioni. Partendo dall’analisi dei valori calcolati con il software adottato nelle linee guida per la certificazione energetica degli edifici sul territorio nazionale, e analizzando in dettaglio la procedura di calcolo delle norme nazionali ed europee ai fini della determinazione del fabbisogno di energia termica per il raffrescamento, nonché il significato e la determinazione dei parametri dinamici, ci si é inseriti nel solco della validazione, andando a valutare le effettive condizioni di temperatura interna, che sono alla base del significato attribuito al fattore di utilizzazione delle dispersioni per il calcolo dell’energia termica, che é necessaria per mantenere all’interno di una zona termica delle prefissate condizioni di temperatura. La zona termica considerata nelle simulazioni è quella della UNI EN 15265:2008, “Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti mediante metodi dinamici” , e le condizioni di prova sono il “Test 1” e il “Test 4” della medesima norma, che è stata adoperata nel procedimento di validazione del metodo mensile della UNI EN ISO 13790 : 2008, “Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento”. Le condizioni meteoclimatiche , sono quelle attualmente disponibili, fornite dal Comitato Termotecnico Italiano nella bozza della UNI 10349 : 2012, “ Riscaldamento e raffrescamento degli edifici. Dati climatici”, opportunamente elaborate con il codice TRNSYS ed ulteriormente sviluppate per renderle compatibili con il codice scelto per effettuare le simulazioni dinamiche , Energy Plus , perché si è rilevata una notevole differenza ( capitolo VI ) con i dati climatici forniti dal Ministero dell’ Energia statunitense ( Department of Energy , DOE ), che per l’ ITALIA sono sostanzialmente basati sui dati “ G. De Giorgio ”, con cui, finora, si conducono le simulazioni dinamiche. I risultati ottenuti, riguardo le condizioni di temperatura interna, non giustificano l’adozione del coefficiente di utilizzazione delle dispersioni, perché il valore di temperatura interna non presenta le variazioni che porterebbero a calcolare uno scambio termico superiore a quello che realmente si realizza, facendo riferimento al valore della temperatura di regolazione. Un alto aspetto importante, da tenere in considerazione nelle valutazioni energetiche di cui si tratta, è quello della congruenza dei dati climatici posti a base dei calcoli. A tal fine, utilizzando l’approccio “ black box ” , presente nella UNI EN ISO 13790: 2008, relativamente ai primi due calcoli in esso elencati, si sono confrontati i fabbisogni di energia termica in modalità di raffrescamento, per una zona termica di tipo residenziale, simulata nelle condizioni dei dati climatici “ G. De Giorgio” , e nelle condizioni, indicate come “ Anno tipo CTI “ , mettendo in evidenza le notevoli differenze riscontrate per ogni località e le particolarità osservate. I risultati ottenuti studiando la temperatura operativa, nel capitolo VII, hanno ulteriormente confermato l’idea di determinare e confrontare i vari termini che entrano nel bilancio termico mensile, per identificare le criticità e successivamente ricercare i parametri fondamentali su cui poter fare le elaborazioni necessarie per ottenere un adeguato accordo tra i valori di fabbisogno energetico ricavati con un metodo di simulazione dinamica e quelli ricavati con un metodo di calcolo stazionario o semi-stazionario. A tal proposito, per una zona termica di tipo residenziale, e per undici contesti meteo climatici nazionali, opportunamente scelti per rappresentare le usuali condizioni meteoclimatiche nazionali, si sono determinati i termini di scambio e i termini che derivano dagli apporti, calcolati con un metodo di simulazione dinamica, e con un metodo quasi stazionario, sul quale però non è stato possibile apportare le correzioni che impongono i nuovi dati climatici, ottenendo, pertanto, risultati di natura orientativa. Questi, comunque, rappresentano il primo passo nel campo della ricerca che si deve compiere, e che nelle simulazioni dinamiche, utilizza, i nuovi valori di temperatura esterna, umidità relativa, irradiazione e velocità del vento che sono stati elaborati per identificare l’anno tipo dei capoluoghi delle province nazionali. Un ulteriore aspetto importante è quello legato alla determinazione dei fabbisogni energetici per la valutazione degli edifici. Nel capitolo II si riporta il contributo fornito nell’ambito della revisione delle UNI TS 11300-1 e 11300-2, ( draft ) “Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria, per la ventilazione e per l’illuminazione”, che ha messo in evidenza una modalità più corretta per la valutazione della quota parte di fabbisogno di energia primaria dovuta alla ventilazione, attraverso una appropriata valutazione del fabbisogno di energia termica.

La messa in sicurezza, miglioramento e adeguamento sismico del patrimonio edilizio esistente costituiscono da sempre uno dei settori più importanti dell’ingegneria civile. Ad oggi molte sono le tecnologie utilizzate per il miglioramento del livello di sicurezza sismico ma poche sono versatili e di facile realizzazione, impedendo spesso la fruizione del fabbricato. Per far fronte a tali esigenze nasce il progetto regionale “TimeSafe”, sinonimo di “Tecnologie integrate ed innovative a limitato impatto ed invasività per il miglioramento sismico di edifici senza interruzione d’uso”. All’interno del progetto TimeSafe si sviluppano nuove tecnologie, tra loro integrate e a bassa invasività, che consentono la realizzazione per fasi di un rinforzo esterno con lo scopo di aumentare sia il livello di sicurezza sismico della struttura sia altre prestazioni come ad esempio quella energetica. Fondamentale importanza è stata data all’ottenere un basso impatto e alla personalizzazione del sistema in modo da garantire il suo impiego nella maggior parte dei contesti edilizi. Lo scopo del presente elaborato di tesi riguarda la modellazione numerica di dettaglio di un singolo modulo rappresentativo della struttura, avendo come obiettivo la previsione del reale comportamento del rinforzo e fungere da supporto alle imminenti prove di laboratorio. In particolare lo studio verterà dapprima sulla validazione dei due software Midas FEA e Midas FEA NX, per poi passare allo studio del singolo modulo di rinforzo. Si passerà quindi alla realizzazione di modelli semplificati e di dettaglio attraverso i quali si andranno a definire il comportamento del rinforzo e la quantità di armatura da considerare nell’elemento parete. Concludendo, al fine di considerare l’applicabilità di tale rinforzo in zone sismiche differenti, si sono eseguite delle analisi di sensibilità variando la sezione dei pilastri e la quantità di armatura in essi inserita, calcolati attraverso una valutazione parametrica.

Il progetto di ricerca presentato in questo lavoro di Tesi mira a supportare lo sviluppo e la diffusione di soluzioni e tecnologie innovative nonché logiche di progettazione finalizzate all’ottimizzazione dei consumi di energia primaria e della vivibilità indoor nel sistema edilizio, sia con riferimento alla progettazione ex-novo sia (e soprattutto) alla riqualificazione energetica del patrimonio edilizio esistente. In dettaglio, il tema di ricerca si incardina su quelle che possono considerarsi le due leve fondamentali attraverso cui un edificio può raggiungere il livello ottimale di prestazione energetica con il minor costo globale: - metodologie di analisi e diagnosi delle prestazioni energetiche degli edifici; - analisi di soluzioni anche innovative per l’efficientamento del sistema edificio/impianti. Relativamente al primo aspetto, in questo lavoro di Tesi, viene presentata una metodologia per la diagnosi energetica degli edifici, evidenziando le maggiori criticità relative alla fase di caratterizzazione (audit) e alla simulazione tramite modello energetico calibrato, laddove sia richiesta un’analisi del comportamento reale dell’edificio (Tailored Rating) e non un’analisi su dati standardizzati (Design Rating). La procedura messa a punto è presentata con applicazione a tre casi studio: Palazzo dell’Aquila Bosco Lucarelli (edificio storico) e Palazzo Ex-INPS (edificio della prima metà del ‘900) che costituiscono due delle sedi amministrative e didattiche del Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi del Sannio; l’edificio Day-Hospital del complesso ospedaliero “G. Pascale”, sito in Napoli. Il motore di simulazione utilizzato per determinare le prestazioni attuali e potenziali degli edifici in oggetto è EnergyPlus. Inoltre, nell’ottica di ottimizzare gli strumenti a disposizione della diagnostica degli edifici è stato messo a punto un modello numerico di risoluzione dei ponti termici, implementato in Matlab, che può essere integrato all'interno dei codici di simulazione energetica dinamica più diffusi nella ricerca in tema di efficienza energetica in edilizia. Nel lavoro di tesi, per questo modello sono presentate validazioni numeriche e sperimentali per valutare l'affidabilità del metodo in termini di precisione della soluzione e di tempi di calcolo. Relativamente all’analisi delle soluzioni per l’efficientamento del sistema edificio/impianti, la ricerca è stata sviluppata su due macro-piani convergenti. In particolare, una fase ha riguardato analisi dettagliate di singoli interventi di riqualificazione energetica, evidenziando i principali aspetti relativi alle metodologie di calcolo e ai parametri prestazionali necessari a valutarne l’efficacia. Rispetto all’ampia casistica approfondita durante questi anni, si è ritenuto interessante riportare in questo lavoro di Tesi l’approccio utilizzato nell’ambito delle tecnologie innovative per l’efficientamento energetico in edilizia. Attualmente, nel panorama delle Energy Efficiency Measures ci sono interventi che sono pronti e non diffusi (es. Phase Changing Materials), altri che sono diffusi ma non sono studiati in maniera adeguata (es. Green Roofs). In accordo a ciò, in questo elaborato, viene presentata l’analisi dell’effetto dell’integrazione dei Phase Changing Materials nei comuni materiali da costruzione attraverso casi studio su edifici tipo rappresentativi dello stock edilizio europeo e un’analisi di convenienza energetica, ambientale ed economica del ricorso alle coperture a verde. L’altro aspetto approfondito riguarda l’approccio globale alla progettazione di interventi di riqualificazione energetica di un edificio attraverso la valutazione energetica, ambientale ed economica di possibili scenari di retrofit, mediante azioni sia sull’involucro opaco e trasparente che sugli impianti asserviti all’edificio. In dettaglio, nel lavoro di Tesi viene presentata la progettazione del retrofit energetico degli edifici per i quali è stato costruito il modello numerico di simulazione attraverso la metodologia di diagnosi energetica proposta. Nello specifico, il retrofit di Palazzo dell’Aquila Bosco Lucarelli e Palazzo Ex-INPS consente di evidenziare le principali problematiche dei vincoli dovuti alla natura storico-artistica di un edificio o del contesto in cui questo è inserito. Relativamente al retrofit del Day-Hospital dell’Istituto G. Pascale, una prima parte del lavoro è incentrata sull’applicazione di interventi tradizionali sull'involucro edilizio volti a stabilizzare le condizioni interne e rimuovere le attuali criticità. A questa segue un approfondimento sulle prestazioni del sistema HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning), attraverso lo studio di nuove combinazioni delle tecnologie esistenti e strategie di controllo del microclima con l’obiettivo di massimizzare il risparmio energetico. Evidentemente però, il raggiungimento degli obiettivi comunitari in termini di sviluppo sostenibile richiede un’analisi che non si fermi al singolo edificio ma che, diversamente, riguardi l’efficienza energetica in senso ampio. È necessario, cioè, sviluppare un nuovo approccio metodologico che consenta la comprensione delle prestazioni energetiche di un intero territorio urbanizzato, nonché strumenti di gestione e di supporto alle decisioni per l’analisi ed il governo delle trasformazioni territoriali. Una parte del lavoro presentato in questo elaborato riguarda la messa a punto di una procedura di analisi che, applicata al trinomio edificio-città-territorio, sfruttando le potenzialità di un Sistema Informativo Territoriale, consenta la caratterizzazione energetica del patrimonio edilizio di ampi contesti urbani. La metodologia è presentata con applicazione al centro storico della città di Benevento. Il metodo, i risultati, e la loro affidabilità consentono di elaborare “mappe energetiche urbane” (MEU), che costituiscono uno strumento importante per un’evoluta pianificazione energetica a livello di distretto, sia in termini di controllo del territorio che di valutazione delle potenzialità di riqualificazione. Infine quindi partendo dagli studi e dalle criticità emerse mediante analisi energetica a scala di distretto urbano, viene affrontato l’aspetto della progettazione di sistemi di teleriscaldamento per porzioni esistenti di città.

La tesi affronta il tema degli effetti dei cambiamenti climatici di medio (2036-65) e lungo periodo (2066-95) sulle prestazioni energetiche degli edifici collocati nelle zone climatiche C e D (clima mediterraneo) e ne analizza l’impatto sulle strategie di riqualificazione energetica dei patrimoni edilizi residenziali costruiti precedentemente all’entrata in vigore della Legge 373/76. Dai primi risultati della ricerca, che concordano con le conclusioni dei principali contributi internazionali sul tema, emerge come, a fronte del prevedibile incremento delle temperature esterne, gli edifici esistenti vedranno un rilevante aumento dei propri consumi per raffrescamento. In particolare, sul lungo periodo, l’incremento di energia richiesto per coprire il fabbisogno estivo, in funzione della tipologia edilizia e del livello di isolamento degli edifici (epoca di costruzione), potrebbe non essere compensato dalla diminuzione del corrispondente fabbisogno invernale, portando ad un incremento dei consumi di energia primaria globale con un conseguente aumento delle emissioni di gas climalteranti a carico del settore civile. Le analisi preliminari svolte per indagare l’efficacia delle misure di efficientamento energetico nell’affrontare i cambiamenti climatici, evidenziano inoltre come negli edifici esistenti non coibentati la priorità di intervento sarà ancora costituita dall’isolamento termico dell’involucro, mentre negli edifici attuali già isolati sarà primariamente richiesto il controllo degli apporti solari. Da queste considerazioni, già avallate da altre ricerche, emerge la necessità di valutare mediante strumenti e metodologie adeguate, gli interventi di efficientamento energetico dei patrimoni edilizi esistenti prendendo in considerazione anche gli effetti dei cambiamenti climatici sulle diverse tipologie edilizie, epoche di costruzione e contesti climatici e microclimatici. La ricerca si propone pertanto di analizzare, mediante la simulazione energetica in regime dinamico, una casistica significativa di modelli edilizi multifamiliari in linea rappresentativi del patrimonio residenziale pubblico (INA-CASA e GESCAL) della Toscana, a cui si ipotizza di applicare le misure di efficienza energetica incentivate dallo Stato e maggiormente diffuse sul territorio nazionale, la cui fattibilità tecnicoeconomica è ampliamente documentata (ENEA). L’importanza del patrimonio edilizio preso in considerazione è dovuta alla sua entità numerica (il 52% della abitazioni italiane è stato costruito nel periodo 1946-1980 e il 63% di queste è collocato in edifici plurifamiliari) e alla sua scarsa qualità energetica, in quanto costruito antecedentemente alla prima norma nazionale sul contenimento dei consumi energetici in edilizia. La rappresentatività del campione scelto è determinata dall’influenza che gli edifici realizzati nell’ambito dei suddetti piani di ricostruzione hanno avuto nel definire l’identità tipologica e distributiva dell’edilizia residenziale italiana del dopoguerra. L’obiettivo della ricerca è, quindi, costituto dalla valutazione delle suddette misure di efficientamento, al fine di individuare quelle in grado di garantire prestazioni energetiche ottimali in funzione dei costi sul medio e sul lungo periodo. Alla luce della prospettiva di lungo termine adottata, la valutazione ha considerato diversi possibili scenari di evoluzione futura dei parametri climatici (intensità del cambiamento climatico) e dei fattori tecnico-economici (vita utile, tasso di sconto, prezzo dei vettori energetici) al fine di individuare le soluzioni più robuste, ovvero quelle che mantengono una validità apprezzabile nel tempo a fronte dei fattori di incertezza ipotizzati, e che quindi meglio di adattano ai possibili valori assunti dagli stessi. La metodologia adottata è analoga a quella sviluppata e condivisa a livello europeo (Direttiva 2010/31/UE, Regolamento UE 244/2012, 2012) per la determinazione dei livelli ottimali di prestazione energetica degli edifici. Tale metodologia è stata implementata in Italia, mediante una ricerca congiunta CTI, ENEA e RSE, finalizzata alla definizione dei requisiti minimi di prestazione energetica per gli edifici nuovi e soggetti a riqualificazione energetica contenuti nel DM 26/6/2015. In rapporto al suddetto lavoro, la presente tesi ha proposto le seguenti implementazioni, al fine di soddisfare gli obbiettivi preposti: - Estensione dell’analisi a località rappresentative delle zone climatiche C e D, che insieme includono quasi la metà degli edifici residenziali italiani, superando la zona E; - Condizioni al contorno climatiche condizionate dagli effetti del riscaldamento globale; - Allargamento dell’analisi tipologica del patrimonio edilizio esistente sviluppata nei progetti europei Tabula-Episcope, al fine di incrementarne la rappresentatività degli edifici campione; - Simulazione della prestazione energetica con codici di calcolo in regime dinamico al fine di valutare più accuratamente gli effetti dell’inerzia termica e dell’irraggiamento solare di particolare importanza in ambito mediterraneo. Dall’analisi combinata dei costi e delle prestazioni energetiche, condotta secondo la suddetta impostazione metodologica, emergono indicazioni che, a prescindere dai valori assoluti, sono utili per evidenziare le tendenze dell'efficacia delle misure di adattamento al cambiamento climatico in clima mediterraneo. Si evidenzia innanzitutto come l’individuazione degli interventi di riqualificazione caratterizzati da un profilo costi/prestazioni ottimale o quantomeno accettabile sia fortemente influenzata dalle caratteristiche tipologiche e tecnologiche dell’edificio, dalle incertezze relative ai comportamenti degli utenti e, infine, dagli scenari economici e climatici ipotizzati. Le differenze, in termini di prestazione energetica e ritorno economico dell’investimento possono essere molto significative e comunque tali da rendere necessaria un’accurata valutazione tesa ad evitare soluzioni di efficientamento non ottimali e soprattutto poco robuste. In generale le elaborazioni dei risultati indicano che le strategie di intervento più valide non si ottengono con l’applicazione di una sola misura di efficientamento (ad esempio la sola sostituzione degli infissi) ma prevedono sempre un’applicazione congiunta e coordinata di più misure di efficienza energetica diverse, articolate su livelli prestazionali adeguati al particolare contesto climatico ed edilizio nel quale si interviene. Se le schermature solari, negli edifici orientati ad Est ed Ovest, e i sistemi di climatizzazione con pompa di calore aria-aria invertibili, impiegati sia in estate che in inverno, mostrano la propria robustezza in tutti gli scenari considerati, maggiormente complessa è la selezione del corretto livello di isolamento termico dell’involucro: per le superfici trasparenti i requisiti di trasmittanza individuati dalla vigente legislazione (DM 26/6/2015) risultano un limite costo-ottimale che nel futuro non è conveniente superare; per l’involucro opaco, invece, gli interventi che considerano spessori di isolamento maggiori di quelli previsti negli edifici a energia quasi zero risultano ottimali nella maggior parte delle situazioni. I risultati della ricerca, elaborati per due modelli di edificio esemplificativi della metodologia, sono stati sistematizzati in un foglio di calcolo, al fine di renderli facilmente consultabili e liberamente implementabili completando l’analisi sulla matrice tipologica o inserendo altre tipologie edilizie. Le indicazioni derivanti dalla ricerca possono essere utilizzabili, al fine di individuare aggiornamenti e correttivi ai limiti previsti dal DM 26/6/2015, nuovi valori da raccomandare per aree climatiche particolarmente interessate dall’incremento delle temperature, ovvero validare i livelli prestazionali dell’involucro e degli impianti nell’ambito della riqualificazione di edifici esistenti. In conclusione tutti gli aspetti analizzati possono avere ricadute interessanti per la revisione di aspetti normativi, anche legati all’incentivazione fiscale degli interventi di efficientamento, e per indirizzare efficacemente le scelte riguardanti la progettazione e l’efficientamento energetico del patrimonio edilizio residenziale esistente. Ciò consente di adottare una politica energetica e una strategia progettuale basata su una visione di lungo periodo che prenda in considerazione anche l’adattamento ai cambiamenti climatici tra altre possibili variabili, considerato che, trascurare del tutto tali aspetti, può portare ad una errata valutazione dei risultati attesi e perfino all’incentivazione e adozione di soluzioni potenzialmente controproducenti.

La ricerca, a partire dall’individuazione delle caratteristiche che connotano il patrimonio edilizio scolastico italiano, approfondisce le tematiche inerenti i processi di riqualificazione degli edifici scolastici nella consapevolezza che gli obiettivi sociali, formativi e di bio-compatibilità, che una scuola moderna deve soddisfare, possono essere raggiunti mediante un progetto che controlli i requisiti ambientali degli spazi e requisiti tecnologici delle soluzioni tecniche per garantire un allineamento delle nuove strutture scolastiche con i nuovi livelli di vivibilità richiesti e i nuovi indirizzi metodologici per l’ insegnamento e l’ apprendimento. La ricerca si propone di affrontare le tematiche della riqualificazione focalizzando l’attenzione sulle azioni di retrofit tecnologico intese come strumenti operativi che garantiscano l’adeguamento delle strutture alle variate condizioni ambientali e climatiche e propongano soluzioni progettuali che possono inserirsi ed integrarsi nei processi manutentivi che interessano gli immobili garantendo al tempo stesso l’implementazione delle prestazioni dell’edifico in chiave energetica e il mantenimento degli obiettivi di fruibilità e conservazione del valore del sistema edificio.

Negli ultimi anni, le metodologie di valutazione di prestazioni sismiche ed energetiche del patrimonio edilizio esistente sono diventate un tema centrale della ricerca tecnico-scientifica. Una delle principali criticità riguarda la notevole complessità legata alle valutazioni degli edifici esistenti rispetto alla nuova progettazione dovuta alle incertezze connesse al percorso di conoscenza delle effettive caratteristiche degli edifici e alle numerose variabili coinvolte. Inoltre, gli eventi sismici degli ultimi anni e gli obiettivi di breve termine imposti dall’Unione Europea per il miglioramento dell’efficienza energetica, hanno fatto emergere l’urgenza di valutare gli attuali livelli prestazionale per pianificare e attuare adeguati interventi di miglioramento e adeguamento. Questo implica la necessità di eseguire analisi a larga scala per un enorme numero di edifici per i quali non è possibile l’uso delle procedure generalmente impiegate per valutare il singolo edificio a causa del livello di dettaglio di informazioni richieste e del considerevole onere computazionale. Per questa ragione, a larga scala è necessario utilizzare procedure semplificate, facilmente implementabili sulla base di informazioni limitate e in grado di fornire risultati con affidabilità e accuratezza accettabile, ottimizzando costi e tempi connessi ai processi di realizzazione di archivi di informazioni e di implementazione di procedure di valutazione. In questo quadro, l’obiettivo del presente lavoro di ricerca è quello di fornire un approccio innovativo alla valutazione degli edifici esistenti in un contesto di incertezza e informazioni limitate, tipico delle analisi a larga scala, per mezzo di un adeguato percorso di conoscenza finalizzato alla realizzazione di una opportuna base di informazioni finalizzato all’implementazione di procedure semplificati di valutazione. Il punto di partenza è la costruzione di un database multi-sorgente georeferenziato (GMSD) del patrimonio edilizio residenziale corrente in ambiente GIS mediante estrazione, integrazione ed elaborazione di dati ricavati da diverse fonti. Le informazioni raccolte, catalogate ed implementate in ambiente nel GMSD, sono strutturate secondo tre livelli di dettaglio: le sezioni di censimento (CS), i blocchi urbani (UB), i singoli edifici (SB) ai quali viene associato un insieme di informazioni “standard”. Successivamente, il database GMSD viene integrato con informazioni di maggior dettaglio estrapolate dal catalogo “CARTIS”, contenente informazioni sulle caratteristiche tipologico-strutturali di comparti urbani omogenei, in maniera da affinare i dati e ottenere informazioni dettagliate associate a ciascun edificio. Il formato alfanumerico dei dati consente l’implementazione automatica, con un limitato onere computazionale, di metodi indiretti che forniscono un indice di vulnerabilità sismica di carattere qualitativo a scala differente (intero comparto urbano, sezione di censimento, blocco urbano, edificio singolo), i risultati vengono comparati per verificare l’affidabilità e l’accuratezza dei dati e collocati con le altre informazioni nel database GMSD. Vengono proposte due diverse applicazioni sviluppate per casi studi localizzati in Puglia: la città di Taranto e la città di Bisceglie per le quali è stato costruito il database GMSD ed è stata implementata una rapida procedura di valutazione di vulnerabilità sismica rispettivamente 12674 blocchi urbani e 3726 edifici. Le informazioni disponibili nel database GMSD consentono l’esecuzione di differenti tipologie di valutazioni a larga scala per grandi insiemi di edifici esistenti, nello specifico, vengono proposte due metodologie: la prima, permette una valutazione a larga scala di edifici in muratura in aggregato; la seconda, riguarda l’integrazione dei due aspetti di vulnerabilità sismica e prestazioni energetiche del patrimonio edilizio esistente. È stato elaborato e testato un approccio tipologico-meccanico per la valutazione del comportamento sismico di edifici in muratura in aggregato a larga scala. Le informazioni delle diverse classi tipologico-strutturali di edifici presenti nel database GMSD vengono utilizzate per eseguire un campionamento statistico del patrimonio edilizio esistente, implementando in maniera automatica la modellazione e l’analisi numerica tramite l’utilizzo di un codice informatico con un basso onere computazionale. Lo scopo è identificare relazioni e regole semplificate per prevedere il comportamento sismico e strutturale di un aggregato in muratura a partire dalla conoscenza di informazioni di base del singolo edificio componente. La seconda proposta è finalizzata all’implementazione di una procedura semplificata di valutazione integrata delle prestazioni sismiche ed energetiche a scala urbana, due aspetti generalmente trattati in maniera separata, ignorando i vantaggi e i benefici che potrebbero derivare da una strategia integrata. La procedura integrata si basa sui dati contenuti nel database GMSD integrata da ulteriori informazioni riguardanti l’involucro dell’edificio e le caratteristiche impiantistiche ottenuta da documentazione tecnica, fotografica, ispezioni e indagini speditive. L’algoritmo proposto prevede il calcolo di due indici di vulnerabilità sismica (IVS) e prestazione energetica (IVE) per ciascun edificio utilizzando opportune procedure nelle quali, per ciascuno dei due aspetti, opportuni parametri caratteristici vengono selezionati e valutati. I due indici vengono normalizzati in maniera tale da avere due grandezze coerenti e combinati in un indice sintetico integrato (IVI). l’approccio è stato applicato ad un quartiere del centro storico di Foggia ottenendo in maniera rapida una valutazione integrata per un campione di 148 edifici. Sulla base delle procedure proposte è possibile elaborare un’analisi preliminare dello stato corrente del patrimonio edilizio esistente in maniera da identificare livelli prestazionali critici, elaborare differenti scenari e pianificare analisi più dettagliate e futuri interventi, ottimizzando le risorse disponibili.
In the last few years, the seismic and energy performance assessment methodologies of existing building stock have become a central topic in ongoing research. One of the most important issues is the considerable complexity of the evaluation of the existing buildings compared to the new design due to the uncertainties inherent the process of knowledge of the effective characteristics the buildings and the several variables involved. Moreover, the seismic events of the last few years together with the short-term objectives imposed by European Union for the improvement of energy efficiency have brought to light the urgent need of assessing the actual performance levels to plan and realize suitable retrofitting interventions. This implies the necessity to perform large-scale surveys for a huge number of buildings for which it is not possible to use the procedures generally employed to assess single buildings, due to the detailed information required and the considerable computational burden. For this reasons, at large scale it is required the use of simplified procedures, easily implementable on the basis of limited information and able to provide results with acceptable reliability and accuracy, optimizing the cost and time connected to the process of realization of an inventory of building characteristics and subsequent implementation of the assessment procedures. In this framework, the objective of the present research work is to provide an innovative approach for the assessment of the existing buildings in a context of uncertainty and incomplete information typical of the large scale analysis by means of a properly knowledge path to realize a suitable base of information finalized to the implementation of simplified assessment procedures. The starting point is the construction of a geo-referenced multi sources database (GMSD) of the current residential buildings stock in GIS environment through the extraction, integration and elaboration of data from different sources. The information, collected, catalogued, and implemented in GMSD database, is structured according three level of GIS entities: census section (CS), urban block (UB), and single building (SB), to which a “standard” set of minimum data has been associated. Subsequently, the georeferenced database has been supplemented by more detailed information extracted by “CARTIS” catalogue, containing information about the typological and structural features of homogenous urban districts, to refine the data and to obtain more detailed information associated to each building. The alphanumeric format of data allows the automatic implementation of indirect methods with a low computational effort, which provide a qualitative seismic vulnerability index at different scales (whole urban district, an urban block, a single building), the results have been compared to verify the reliability and accuracy of the data set and stored in the GMSD database together with all the information. Successively, a powerful 3D interactive tool has been realized for the knowledge, characterization and analysis at the urban scale. Two Applications have been developed for case studies in Puglia, Italy: the cities of Taranto and Bisceglie for which GMSD has been constructed and implement a rapid seismic vulnerability assessment respectively of 12674 urban blocks and 3726 single buildings. The information available in GMSD allows to perform several types of assessment at large scale for a large set of existing buildings, in particular two methodologies have been proposed; the first, allows a large scale assessment of masonry building aggregates; the second, regard the integration of the two aspect of seismic vulnerability and energy performance of existing building stock. A typological-mechanical approach has been elaborated and tested to assess the seismic behaviour of the masonry buildings and aggregates at large scale. The information of the different structural-typological building classes stored in GMSD database have been used to perform a statistical sampling of the existing building stock, automatically elaborating the numerical models and analyses by means of a computer code with low computational effort. The aim is to identify a simplified relations and rules to predict the seismic behaviour of masonry buildings aggregates starting from the limited information about the single building. The second proposal is finalized to implementation of an integrated simplified evaluation procedure of the seismic vulnerability and energy performance at urban scale, two aspects generally treated in a disconnected way, ignoring the advantages and benefits that could result from an integrated strategy. The integrate procedure is based the data collected in GMSD database complemented by a further information about building envelope and plant system feature, obtained by available technical documentations, photographic record, expeditious inspections and survey. The proposed algorithm provides the calculation of a seismic vulnerability (IVS) and an energy performance (IVE) index for each building by means of suitable procedure in which, for each of the two aspects, a proper set of characteristic parameters have been selected and appraised. The two indices are normalized to obtain two consistent values and combined in a synthetic integrated index (IVI). The approach has been applied to a neighbourhood in the historical centre of Foggia obtaining in a rapid way an integrated assessment of a sample composed by 148 buildings. On the bases of the proposed procedures it is possible to elaborate a preliminary analysis of the current state of the existing building stock in order to identify the criticality performance levels, elaborate different scenarios and plan more detailed analyses and future interventions, optimizing the available resources.