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Pera, Andrea

Sistema edificio-impianto: interventi di riqualificazione energetica nel terziario.

Rel. Chiara Aghemo, Marco Simonetti, Valerio Roberto Maria Lo Verso. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per la sostenibilita_, 2012

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

Questo elaborato è stato realizzato al fine di partecipare al 1°concorso nazionale Schneider Electric per la miglior tesi di laurea sull'Efficienza Energetica "II miglioramento dell'Efficienza Energetica nel terziario alla luce dell'evoluzione normativa europea e nazionale sull'Automazione negli edifici".

Il lavoro è stato possibile grazie alla disponibilità del Gruppo Intesa San Paolo, in particolare del Settore Sostenibilità che ha proposto di analizzare cinque filiali del proprio "parco di edifici", adibite ad uffici e caratterizzate da consumi sostanziali e da notevoli criticità, mettendo a disposizione documentazione tecnica e dati relativi ai consumi energetici.

Quanto segue è frutto della volontà di dimostrare come i sistemi di controllo e di automazione, opportunamente studiati e selezionati, siano in grado di ridurre i consumi energetici di un edificio. L'obiettivo è stato quello di testare e simulare, su un singolo caso studio (un ufficio di una filiale), tecnologie che, una volta dimostrata la loro bontà applicativa, possano essere idealmente estese al cluster omogeneo di edifici selezionato: si tratta di uffici al di sotto dei 2000 m2 di superficie. Le simulazioni, su ciascun settore consumi, si basano su sistemi di controllo e di automazione a confronto, in un crescendo di ottimizzazione dei risultati, giungendo in fase finale ad una configurazione ottimale.

La tesi si è quindi sviluppata sull'ipotesi di riqualificazione energetica di un'intera filiale, ossia la filiale in via Torino 47 a Piossasco, agendo su ciascuna voce di consumo ed arrivando in ultimo ad un processo di certificazione energetica e di valutazione economica.

L'elaborato, per giungere a tali risultati, è stato articolato in diverse fasi:

-Fase 1. Percorso teorico di acquisizione di conoscenze, con particolare interesse per il settore uffici: sistemi di controllo e rispettivi interventi di efficienza energetica negli impianti elettrici, termici e sull'involucro; sistemi di automazione degli impianti e dell'involucro; studi approfonditi sulla norma europea UNI EN 15232; reti di comunicazione LAN e topologie a confronto; protocolli di comunicazione standard.

-Fase 2. Filiali a confronto: descrizioni, localizzazioni, aspetti tecnici relativi all'involucro edilizio e agli impianti, analisi dei consumi, criticità individuate e possibili interventi.

-Fase 3. Caso studio approfondito:

* Strumenti di valutazione del fabbisogno di energia elettrica per l'illuminazione artificiale degli edifici ed applicazioni alle diverse configurazioni (diversi sistemi di controllo e d'automazione utilizzati) del caso studio (singolo ufficio della filiale di Piossasco), crescenti in termini di ottimizzazione dei consumi di illuminazione artificiale: norma UNI EN 15193:2008; software Energy Plus e Daysim, con rispettivi algoritmi di calcolo approfonditi.

* Simulazione dinamica attuata con il software Energy Plus (con interfaccia grafica di Design Builder) per la determinazione dei fabbisogni e dei consumi energetici del sistema edificio-impianto, con particolare interesse per la fase estiva e per il settore specifico del caso studio (Ufficio), ossia terziario. Integrazione con ì risultati degli indicatori di fabbisogno energetico per l'illuminazione (LENI) precedentemente ottenuti, in funzione dei diversi sistemi di controllo e d'automazione. Determinazione, per ciascuna configurazione, della classe energetica e dei profitti economici derivanti o meno. Infine individuazione della soluzione ottimale.

* Sintesi finale dei risultati termici e di illuminazione posti a confronto per ciascuna configurazione tecnologica adottata nel caso studio dell'Ufficio, con particolare interesse per la configurazione ottimale.

Fase 4. Riqualificazione energetica dell'intera filiale adottando la configurazione ottimale, per l'ufficio analizzato, in tutti gli uffici con stesse caratteristiche ed e-sposizione; per gli altri ambienti studi specifici ed applicazione di tecnologie ritenute im-pattanti sui consumi. Infine sintesi dei risultati termici e di illuminazione ponendo a confronto i dati reali della filiale e quelli ottenuti tramite la configurazione ritenuta ottimale.

Relatori: Chiara Aghemo, Marco Simonetti, Valerio Roberto Maria Lo Verso
Soggetti: A Architettura > AO Progettazione
S Scienze e Scienze Applicate > SD Computer software
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per la sostenibilita_
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/2683
Capitoli:

Indice

Premessa

1. Domotica e automazione: Introduzione

2. Sistemi di controllo: interventi di efficienza energetica negli impianti elettrici

2.1. La gestione dell'illuminazione

2.1.1. Sensori fotoelettrici

2.1.2. Schermature mobili

2.1.3. Dimmer

2.1.4. Sensori di presenza

2.1.5. Automazione luci

2.2. La gestione della forza motrice

2.2.1. Rifasamento dei carichi elettrici

2.2.2. Riduzione dei picchi di carico elettrici

2.2.3. Automazione (Building Automation)

2.2.4. L'ottimizzazione del contratto di fornitura elettrica

3. Sistemi di controllo: interventi di efficienza energetica negli impianti termici e sull'involucro

3.1.1. Superfici vetrate

3.1.2. Schermature solari

3.1.3. Ventilazione meccanica controllata

3.1.4. Sistemi di riscaldamento e raffresca mento

3.1.5. Caldaia a condensazione

3.1.6. Sistemi solari termici

3.1.7. Pompa di calore

4. Soluzioni di automazioni degli impianti e dell'involucro

4.1.1. Servizi aggiuntivi non energivori

4.1.2. Termoregolazione a zone

4.1.3. Integrazione con sensori di presenza dell' impianto di illuminazione

4.1.4. Climatizzazione

4.1.5. Gestione ed automazione luci

4.1.6. Gestione ed automazione serrande, avvolgibili, veneziane e finestre

4.1.7. Misura e memorizzazione dei consumi

4.1.8. Gestione e controllo dei carichi

5. Norma Europea CEN EN15232 "Prestazione energetica degli edifici - Incidenza dell'automazione, della regolazione e della gestione tecnica degli edifici"

5.1. Classificazione della Norma EN 15232

5.2. Tabelle tecnologiche riepilogative per il raggiungimento delle classi di prestazione

5.3. Metodologie di calcolo

5.3.1. Metodo dettagliato

5.3.2. Metodo dei fattori "BAC"

6. Le reti di comunicazione: LAN

6.1. Le topologie delle reti LAN

6.1.1. Topologia a stella

6.1.2. Topologia ad anello

6.1.3. Topologia a BUS

7. Protocolli di comunicazione standard

8. Caso Studio 1: analisi dettagliate ^ Filiale 9: via Venaria 5, angolo corso Grosseto, Torino

8.1. Descrizione

8.1.1. Aspetti tecnici relativi all'involucro edilizio, criticità individuate e possibili interventi

8.1.2. Aspetti tecnici relativi agli impianti, analisi dei consumi, criticità individuate e possibili interventi

9. Caso Studio 2: Filiale 16: corso Orbassano 138, Torino

9.1. Descrizione

9.1.1. Aspetti tecnici relativi all'involucro edilizio, criticità individuate e possibili interventi

9.1.2. Aspetti tecnici relativi agli impianti, analisi dei consumi, criticità individuate e possibili interventi

10. Caso Studio 3: Filiale 19: via Onorato Vigliani 145 bis, Torino

10.1. Descrizione

10.1.1. Aspetti tecnici relativi all'involucro edilizio, criticità individuate e possibili interventi

10.1.2. Aspetti tecnici relativi agli impianti, analisi dei consumi, criticità individuate e possibili interventi

11. Caso Studio 4: Filiale 29: largo Maurizio Vitale 12, Torino

11.1. Descrizione

11.1.1. Aspetti tecnici relativi all'involucro edilizio, criticità individuate e possibili interventi

11.1.2. Aspetti tecnici relativi agli impianti, analisi dei consumi, criticità individuate e possibili interventi.

12. Caso Studio 5: Filiale via Torino 47, Piossasco

12.1. Descrizione

12.1.1. Aspetti tecnici relativi all'involucro edilizio, criticità individuate e possibili interventi

MA.2. Aspetti tecnici relativi agli impianti, analisi dei consumi, criticità individuate e possibili interventi

13. Caso Studio Approfondito: Filiale via Torino 47, Piossasco

13.1. Premessa

13.2. Strumenti di valutazione del fabbisogno di energia elettrica per l'illuminazione artificiale degli edifici ed applicazioni al caso studio

13.2.1. La Norma Europea UNI EN15193-2008

13.2.2. Caso studio (Ufficio): applicazione del metodo dettagliato della Norma Europea UNI EN 15193-2008

- Caso 1 : sistema on/off manuale (ed assenza di ostruzioni esterne)

- Caso 2: sistema con fotosensore dimmerante (ed assenza di ostruzioni esterne)

- Caso 3: sistema con fotosensore dimmerante e tende a controllo solare diffondenti

- Caso 4: sistema con fotosensore dimmerante e light shelves altamente riflettenti

- Risultati

13.2.3. Software a confronto: Energy Plus (con DesignBuilder) e Daysim_ Descrizione dei Software e rispettivi algoritmi di illuminazione

- Energy Plus (con DesignBuilder)

- Algoritmo di calcolo dell' illuminazione

- Algoritmo di Simmler, Fischer and Winkelmann per calcolare l'influenza delle soluzioni schermanti

- Daysim

- Algoritmo di calcolo dell' illuminazione

- Algoritmi a confronto: considerazioni derivanti dalle successive simulazioni

13.2.4. Caso studio (Ufficio): simulazioni crescenti in termini di ottimizzazione dei consumi di illuminazione artificiale; Energy Plus e Daysim a confronto 147

- Simulazione 1 : sistema on/off manuale (ed assenza di ostruzioni e-sterne)

- Simulazione 2: sistema con fotosensore dimmerante

- Simulazione 3: sistema con fotosensore dimmerante e tende a controllo solare diffondenti

- Simulazione 4: sistema con fotosensore dimmerante e light shelves altamente riflettenti applicate annualmente

- Simulazione 5: sistema con fotosensore dimmerante e light shelves altamente riflettenti applicate in fase di raffrescamento (periodo che va da maggio a settembre)

13.2.5. Caso studio (Ufficio): LENI ottenuti dalle simulazioni confrontati con i LENI normalizzati (da UNI EN 15193/2008)

13.3 Simulazione dinamica attuata con il software Energy Plus (con interfaccia grafica di Design Builder) per la determinazione dei fabbisogni e dei consumi e-nergetici del sistema edificio-impianto, con particolare interesse per la fase estiva e per il settore specifico del caso studio (Ufficio), ossia terziario. Integrazione con i risultati dei LENI precedentemente ottenuti, in funzione dei diversi sistemi di controllo

13.3.1. Impianti

13.3.2. Dati climatici

13.3.3. Apporti interni

13.3.4. Ventilazione

13.3.5. Simulazioni

- Simulazione 1

- Simulazione 2

- Simulazione 3

- Simulazione 4

- Simulazione 5: configurazione ottimale

- Considerazioni finali

13.3.6. Simulazioni sull'intera filiale

13.3.7. Sintesi finale: confronto dei risultati termici e di illuminazione per ciascuna configurazione tecnologica adottata nel caso studio dell'Ufficio

- Simulazione 1 (condizioni reali)

- Simulazione 2 (utilizzo di un fotosensore, tipologia closed loop).

- Simulazione 3 (fotosensore e tende a controllo solare diffondenti)

- Simulazione 4 (fotosensore e light shelves altamente riflettenti fisse)

- Simulazione 5 (fotosensore e light shelves altamente riflettenti meccanizzate): configurazione ottimale

13.3.8. Sintesi finale: confronto dei risultati termici e di illuminazione per ciascuna configurazione tecnologica adottata nel caso studio dell'intera Filiale

- Simulazione 1 (condizioni reali)

- Simulazione 2 (fotosensori e light shelves altamente riflettenti meccanizzate): configurazione ottimale

Bibliografia

Sitografia

Bibliografia:

Libri

• Aghemo Chiara, Lo Verso Valerio, "Guida alla progettazione dell'illuminazione naturale", AIDI, Torrazzi, Parma 2003

• Alcamo Giuseppina, a cura di, "Illuminatone naturale e simulazioni energetiche", Alinea Editrice, Firenze 2007

• Altomonte Sergio, "L'involucro architettonico come interfaccia dinamica : strumenti e criteri per una architettura sostenibile", Alinea Editrice, Firenze 2004

• Bellintani Stefano, "Manuale della domotica - Tecnologie ed evoluzione dell'abitare", il sole-24 ore, Milano 2004

• Carati, Carlsson, Ravioli, "Analisi dei bisogni e previsioni di mercato relativi alla domotica", Future Centre, Telecom Italia Lab, 2002

• Corrado Vincenzo, Serraino Matteo, "// nuovo quadro legislativo italiano sull'efficienza energetica degli edifici - D.Lgs. 192/2005 + D.Lgs. 311/2006", Rockwool, Milano 2007

• Corrado Vincenzo, Paduos Simona, "La nuova legislazione sull'efficienza energetica degli edifici. Requisiti e metodi di calcolo." Celid, Torino, Aprile 2008

• Grassi Walter, "Moderne soluzioni impiantistiche per il risparmio energetico : caldaie a condensazione, a bassa temperatura, generatori di calore pensili innovativi ad uso industriale, sistemi avanzati di regolazione e controllo", Maggioli Editore, Rimini 2001

• "Manuale illustrato per l'impianto domotico : la meccatronica entra nella casa", Tecniche Nuove: Gewiss, Milano 2008

• "Manuale illustrato per l'impianto illuminotecnico : gli ambienti, i requisiti, gli apparecchi", Tecniche Nuove: Gewiss, Milano 2009

• Paduos Simona, "Caratterizzazione termica dinamica dell'involucro edilizio: verso la definizione di un indice di qualità termica estiva dell'ambiente costruito", tesi di dottorato, Politecnico di Torino, maggio 2010.

• Palladino Pietro, a cura di, "Manuale di illuminatone"; Tecniche Nuove, Milano 2005 Phillips Derek, "Daylighting, naturai tight in architecture", Elsevier, Oxford 2004

• Quaranta Giuseppe Gustavo, Mongiovì Paolo, "U abc della domotica", il sole-24 ore, Milano 2004

• Quaranta Giuseppe Gustavo, "La domotica per l'efficienza energetica delle abitazioni", Maggioli Editore, Rimini 2009

• Ravizza Donatella, "Progettare con la luce", FrancoAngeli, Milano 2001

• Rocco Roberto, "Domotica con Knx. Nuovi modi di abitare con un sistema domotico aperto, interoperabile e conforme alle norme", Editoriale Delfino, Milano, Gennaio 2009

• Roda Riccardo, a cura di, "Abitare il futuro, innovazione, tecnologia, architettura", BE-MA editrice, Milano 2003

• Rogora Alessandro, "Luce naturale e progetto", Maggioli Editore, Rimini 1997

• Torricelli Maria Chiara, Sala Marco, Secchi Simone, "Daylight, La luce del giorno, tecnologie e strumenti per la progettazione", Alinea Editrice, Firenze 1995

Guide e Report

• Guida Schneider Electric all'utilizzo della Norma UNI EN 15232, 2011

• Enea, "Analisi dello stato dell'arte nazionale ed internazionale dei sistemi integrati di illuminazione naturale/artificiale in relazione all'involucro edilizio nel caso di edifici del terziario e abitativi, ai fini di un loro impiego nell'ambito della certificazione energetica degli edificr, 2009

• Enea, "Confronto tra software illuminotecnici"", 2010

• Enea, "Impatto dei sistemi schermanti sulle prestazioni energetiche ed illuminotecniche di edifici per uffici', 2010

• Enea, "Rapporto sugli esiti di simulazioni numeriche e sperimentazioni in campo: sistemi di integrazione della luce naturale e artificiale applicati a diverse tipologie edilizie", 2009

• Enea, "Strumenti di calcolo e dati di riferimento per la certificazione energetica degli edifici", 2010

• Enea, "Studio e progetto di un sistema di domotica per un kit fai da te'di facile installazione e utilizzo per l'utente ed a basso costo", 2011

• Enerbuilding e Adiconsum, "L'uso razionale dell'energia negli edifici pubblici', 2008

Legislazione

• D.Lgs. n.192 del 19 Agosto 2005, "Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico degli edifici', Supplemento Ordinario alla Gazzetta Ufficiale n.222 del 23 settembre 2005

• D.Lgs. n. 311 del 29 dicembre 2006, "Disposizioni correttive e integrative al decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, recante attuazione della direttiva 2002/91/CE, relativa al rendimento energetico nell'edilizia", Supplemento Ordinario alla Gazzetta Ufficiale n.26 del 1 febbraio 2007; con successivo aggiornamenti

• D.M. 26 giugno 2009, "Linee Guida Nazionali per la Certificazione Energetica degli Edificr, Gazzetta Ufficiale n. 158 del 10 Luglio 2009.

• D.P.R. n. 59 del 2 aprile 2009, "Regolamento di attuazione dell'articolo 4, comma 1, lettere a) e b), del decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, concernente attuazione della direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico in edilizia", Gazzetta Ufficiale n. 132 del 10 giugno 2009.

Normativa Tecnica

• UNI 10339:1995, "Impianti aeraulici al fini di benessere. Generalità, classificazione e requisiti. Regole per la richiesta d'offerta, l'offerta, l'ordine e la fornitura"

• UNI EN ISO 13788:2003, "Prestazione igrotermica dei componenti e degli elementi per edilizia - Temperatura superficiale interna per evitare l'umidità superficiale critica e condensazione interstiziale - Metodo di calcolo"

• UNI EN 12792:2005, "Ventilazione degli edifici - Simboli, terminologia e simboli grafici'

• UNI EN 15217:2007, "Prestazione energetica degli edifici - Metodi per esprimere la prestazione energetica e per la certificazione energetica degli edifici'

• UNI EN 15251:2008, "Criteri per la progettazione dell'ambiente interno e per la valu-tazione della prestazione energetica degli edifici, in relazione alla qualità dell'aria interna, all'ambiente termico, all'illuminazione e all'acustica"

• UNI EN ISO 6946:2008, "Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza termica e trasmittanza termica - Metodo di calcolo"

• UNI EN ISO 13786:2008, "Prestazione termica dei componenti per l'edilizia - Caratteristiche termiche dinamiche - Metodi di calcolo"

• UNI EN ISO 13789:2008, "Prestazione termica degli edifici - Coefficiente di perdita di calore per trasmissione - Metodo di calcolo"

• UNI EN ISO 13790:2008, "Prestazione energetica degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento"

• UNI EN ISO 14683:2008, "Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione termica lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento"

• UNI/TS 11300-1:2008, "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale"

• UNI/TS 11300-2:2008, "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria"

• UNI/TS 11300-3:2010, "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 3: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva"

• UNI EN 12464-1:2011, "Luce e illuminatone - Illuminazione dei posti di lavoro - Parte 1: Posti di lavoro in interni1

• UNI EN 15232:2012, "Prestazione energetica degli edifici - Incidenza dell'automazione, della regolazione e della gestione tecnica degli edifici”.

Materiale sulle filiali e sui consumi

Fornito dal gruppo Intesa San Paolo:

■ dati tecnici: Presidio Tecnico;

■ dati sui consumi: Settore Sostenibilità Ambientale.

Convegni

• Aghemo Chiara, Blaso Laura, Pellegrino Anna, Serra Valentina, "Consumi energetici per l'illuminazione artificiale negli edifici: la norma europea UNI EN 15193-2008 e sue applicazioni, in Certificazione energetica: normativa e modelli di calcolo per il sistema edificio-impianto posti a confronto", atti del Convegno AICARR, Torino 25 novembre 2008, pp. 139-150

• Corrado Vincenzo, // quadro normativo, in "L'impiantistica di fronte alle nuove disposizioni sul risparmio energetico", atti del Convegno AICARR, Torino 29 novembre 2007, pp. 87-102

Sitografia

• www.bitsnbyfces.be (Bits & Bytes Home Système)

• www.domotica.it (II portale italiano dell'automazione)

• www.domotiquerevue.fr

• www.eddhelms.com (Home Automation Association)

• www.enea.it

• www.lighting.philips.com

• www.procontrol.be

• www.thermokon.de

• www.zumtobel.it

Tutorial

• Christoph F. Reinhart, "Tutorial on thè Use of Daysim Simulations for Sustainable Design", IRC Institute for Research in Construction - National Research Council Canada, 2005

• EnergyPIus Engineering Reference - The Reference to EnergyPIus Calculations, 2012

• Tutorial DesignBuilder EnergyPIus Simulation Documentation for DesignBuilder v3.0, 2010

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