Dissertations / Theses on the topic 'Prestazioni energetiche degli edifici'

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 studio si colloca all’interno di una ricerca più ampia volta alla definizione di criteri progettuali finalizzati all’ottimizzazione delle prestazioni energetiche delle cantine di aziende vitivinicole, di dimensioni produttive medio - piccole. Nello specifico la ricerca riguarda la riqualificazione di fabbricati rurali esistenti di modeste dimensioni, da convertire a magazzini per la conservazione del vino in bottiglia. Lo studio si pone come obiettivo la definizione di criteri di analisi per la valutazione di interventi di retrofit di tali fabbricati, volto sia al miglioramento delle prestazioni energetiche dell’involucro edilizio, sia alla riduzione del fabbisogno energetico legato al funzionamento di eventuali impianti di controllo termico. La ricerca è stata condotta mediante l’utilizzo del software di simulazione termica Energy Plus, per ottenere i valori simulati di temperatura interna relativi ai diversi scenari migliorativi ipotizzati, e mediante la successiva definizione di indicatori che esplicitino l’influenza delle principali variabili progettuali sull’andamento delle temperature interne dei locali di conservazione e sul fabbisogno energetico del fabbricato necessario a garantire l’intervallo di temperatura di comfort del vino. Tra tutti gli interventi possibili per il miglioramento della prestazione energetica degli edifici, quelli analizzati in questo studio prevedono l’aggiunta di un isolamento a cappotto delle pareti esterne, l’isolamento della copertura e l’aggiunta di una struttura ombreggiante vegetale esterna. I risultati ottenuti danno una prima indicazione sugli interventi più efficaci in termini di miglioramento energetico e mettono in luce l’utilità del criterio proposto nell’evidenziare le criticità degli interventi migliorativi ipotizzati. Il metodo definito nella presente ricerca risulta quindi un valido strumento di valutazione a supporto della progettazione degli interventi di retrofit dei fabbricati rurali da convertire a magazzini per la conservazione del vino.
This study is part of a broader research that aims to define design criteria to optimize energy performances of wineries in small-medium wine-growing and producing farms. Specifically, the research involves the renovation of small existing farm buildings, to be converted into warehouses for wine bottles storage. The study aims to define analysis criteria for the building retrofit assessment aimed at the evaluation of the building envelope energy performance for unconditioned buildings and of the reduction of thermal control system energy demand for conditioned buildings. The hypothesized retrofit interventions consist in the addition of thermal insulation applied on the external walls, roof insulation and external vegetable shading structure. These interventions are evaluated separately and combined. The study was carried out by means of the energy simulation program EnergyPlus. For each scenario EnergyPlus provided, as output, building indoor temperatures allowing the definition of indicators based on the thermal comfort for the wine. The indicators showed the influence of the considered intervention on the indoor temperatures or on the building’s energy demand. The results give first indications on the most effective retrofit intervention in terms of energy efficiency and underline the usefulness of the proposed criterion to highlight retrofits’ critical issues. The method defined in this research is therefore a valuable assessment tool to support retrofit’s design of farm buildings to be converted into wine-aging room.

Il presente studio si colloca all’interno di una ricerca più ampia volta alla definizione di criteri progettuali finalizzati all’ottimizzazione delle prestazioni energetiche delle cantine di aziende vitivinicole, di dimensioni produttive medio - piccole. Nello specifico la ricerca riguarda la riqualificazione di fabbricati rurali esistenti di modeste dimensioni, da convertire a magazzini per la conservazione del vino in bottiglia. Lo studio si pone come obiettivo la definizione di criteri di analisi per la valutazione di interventi di retrofit di tali fabbricati, volto sia al miglioramento delle prestazioni energetiche dell’involucro edilizio, sia alla riduzione del fabbisogno energetico legato al funzionamento di eventuali impianti di controllo termico. La ricerca è stata condotta mediante l’utilizzo del software di simulazione termica Energy Plus, per ottenere i valori simulati di temperatura interna relativi ai diversi scenari migliorativi ipotizzati, e mediante la successiva definizione di indicatori che esplicitino l’influenza delle principali variabili progettuali sull’andamento delle temperature interne dei locali di conservazione e sul fabbisogno energetico del fabbricato necessario a garantire l’intervallo di temperatura di comfort del vino. Tra tutti gli interventi possibili per il miglioramento della prestazione energetica degli edifici, quelli analizzati in questo studio prevedono l’aggiunta di un isolamento a cappotto delle pareti esterne, l’isolamento della copertura e l’aggiunta di una struttura ombreggiante vegetale esterna. I risultati ottenuti danno una prima indicazione sugli interventi più efficaci in termini di miglioramento energetico e mettono in luce l’utilità del criterio proposto nell’evidenziare le criticità degli interventi migliorativi ipotizzati. Il metodo definito nella presente ricerca risulta quindi un valido strumento di valutazione a supporto della progettazione degli interventi di retrofit dei fabbricati rurali da convertire a magazzini per la conservazione del vino.
This study is part of a broader research that aims to define design criteria to optimize energy performances of wineries in small-medium wine-growing and producing farms. Specifically, the research involves the renovation of small existing farm buildings, to be converted into warehouses for wine bottles storage. The study aims to define analysis criteria for the building retrofit assessment aimed at the evaluation of the building envelope energy performance for unconditioned buildings and of the reduction of thermal control system energy demand for conditioned buildings. The hypothesized retrofit interventions consist in the addition of thermal insulation applied on the external walls, roof insulation and external vegetable shading structure. These interventions are evaluated separately and combined. The study was carried out by means of the energy simulation program EnergyPlus. For each scenario EnergyPlus provided, as output, building indoor temperatures allowing the definition of indicators based on the thermal comfort for the wine. The indicators showed the influence of the considered intervention on the indoor temperatures or on the building’s energy demand. The results give first indications on the most effective retrofit intervention in terms of energy efficiency and underline the usefulness of the proposed criterion to highlight retrofits’ critical issues. The method defined in this research is therefore a valuable assessment tool to support retrofit’s design of farm buildings to be converted into wine-aging room.

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 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.

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.