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Bosio, Valentina

Influenza del comportamento dell’occupante sui consumi energetici e sul comfort termico interno in un High Performing Building = Influence of occupant behavior on energy consumption and indoor thermal comfort in one High Performing Building.

Rel. Stefano Paolo Corgnati, Valentina Fabi, Rune Vinther Andersen. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta', 2013

Abstract:

Uno dei principali problemi che il nostro Paese sta cercando di affrontare oggi è sicuramente il cambiamento climatico che si sta verificando. Secondo alcune stime fatte dai maggiori esperti internazionali in materia, la temperatura media è stata attestata a 0.76 °C al di sopra del livello rilevato nel periodo preindustriale. La temperatura media sta aumentando di quasi 0.2 °C ogni 10 anni. Questo cambiamento climatico è attribuito principalmente all’accumulo di emissioni di gas a effetto serra prodotte dalle attività umane, in particolare a causa della combustione di combustibili fossili (carbone, petrolio e gas).

Due importanti accordi internazionali hanno dato inizio ad una lotta contro i cambiamenti climatici: la convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (UNFCCC) del 1992 e il protocollo di Kyoto del 1997.

La convenzione quadro delle Nazioni Unite ha stabilito un quadro di cooperazione internazionale con l’obiettivo di prevedere le interferenze antropiche dannose sul sistema climatico globale.

L’adozione del Protocollo di Kyoto ha comportato l’impegno da parte di 15 Stati Membri dell’UE (UE-15) di ridurre le loro emissioni collettive dell’8% al di sotto di livello registrato nell’anno stabilito come riferimento (1990) entro il 2012.

Un’altra tappa molto importante nel campo dell’energia è stato l’aggiornamento della vecchia direttiva sulle prestazioni energetiche degli edifici 2002/91/CE con la nuova Direttiva Europea 2010/31/EU (EPDB), Energy Performance of Building Directive, ritenuta lo strumento necessario per portare alla riduzione i consumi energetici negli edifici. Questa nuova direttiva ha introdotto un concetto molto innovativo sotto il profilo normativo e di calcolo, quello degli edifici a Energia quasi zero, derivato dalla traduzione dal termine inglese “Nearly zero-energy buildings”.

Ad oggi, il problema dell'energia rimane comunque una delle principali sfide per l'Europa non ancora risolte. La sua sicurezza e la sua competitività sono messe a rischio dall'aumento dei prezzi dell'energia e dalla sua crescente dipendenza dalle importazioni. Occorre prendere ulteriori decisioni drastiche per ridurre le emissioni e mitigare questi cambiamenti climatici. Nel prossimo decennio saranno necessari ingenti investimenti per adeguare alle esigenze del futuro le infrastrutture e gli impianti europei.

È per questo che è stato elaborato dall’Unione Europea il “Pacchetto Clima” chiamato “Piano 20 20 20” che fornisce un quadro solido e ambizioso per la politica energetica europea, per il periodo successivo al Protocollo di Kyoto che trova la sua scadenza al termine del 2012. Il nuovo Piano è entrato in vigore con la Direttiva 2009/29/CE, nel giugno 2009 e sarà valido dal gennaio 2013 fino al 2020.

Che cosa prevede il “Piano 20 20 20”?

- Ridurre le emissioni di gas serra del 20 %, rispetto a livelli del 1990

- Incrementare l'uso di energie rinnovabili (eolica, solare, biomassa) raggiungendo una quota del 20% di energia rinnovabile sul totale dei consumi energetici (attualmente le rinnovabili forniscono circa l'8,5% dell'energia totale);

- Diminuire il consumo di energia del 20% rispetto ai livelli previsti per il 2020 grazie ad una migliore efficienza energetica.

Il tutto entro il 2020: è questo in estrema sintesi il contenuto del cosiddetto “pacchetto clima- energia 20-20-20” varato dall’Unione Europea.

L’obiettivo è ovviamente quello di contrastare i cambiamenti climatici promuovendo l’uso delle fonti energetiche rinnovabili.

La prima esigenza per l’UE era quella di trovare una modalità per impegnarsi nel periodo “post-Kyoto”: l’impegno europeo voleva risultare come esempio e traino dopo la COP 15 di Copenhagen del dicembre 2009 , dove si era previsto di riuscire a raggiungere un accordo per contrastare il cambiamento climatico. Come si sa un accordo non è stato raggiunto ma l’UE ha voluto ugualmente promuovere il proprio impegno, rilanciandolo il suo impegno ad ottenere oltre il -20% di emissioni entro il 2020 e portandolo al -30% per il 2030 e a -50 % nel 2050.

Molti studiosi stanno continuando ad indagare quali siano i fattori che maggiormente influenzano l’inquinamento ambientale. Lo stato attuale dell’uso di energia nell'Unione Europea è:

- 32% dell’energia usata per trasporti

- 27% dell’energia è usata nell’industria

- 40% dell’energia è usata negli edifici

Ad oggi quindi la maggior parte dell’uso di energia deriva soprattutto dagli edifici ed è cosi ripartito:

- Due terzi per riscaldamento e raffrescamento ;

- Un terzo per illuminazione e apparecchiature;

I fattori da cui dipende il consumo di energia negli edifici sono essenzialmente:

- le caratteristiche tipologiche e costruttive del sistema edificio impianti;

- le condizioni climatiche esterne;

- le modalità di gestione e di utilizzo.

In particolare le modalità di utilizzo dell'edificio sono connesse a determinate richieste prestazionali da parte degli occupanti in relazione al comfort termoigronometrico, visivo e alla qualità dell’aria. Questi aspetti sono decisivi sui consumi energetici finali di un edificio.

Oggi la barriera che impedisce di migliorare l’efficienza energetica negli edifici è proprio la mancanza di conoscenza dei fattori che determinano il reale uso di energia. Molto spesso c’è una notevole discrepanza tra i consumi ipotizzati durante la progettazione di un nuovo edificio e i reali consumi che si avranno con gli occupanti.

Relatori: Stefano Paolo Corgnati, Valentina Fabi, Rune Vinther Andersen
Soggetti: A Architettura > AM Estimo
O Opere generali > OF Normativa
S Scienze e Scienze Applicate > SE Ecologia
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta'
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3217
Capitoli:

Contenuti

Ringraziamenti

1. Introduzione

1.1 Lo scopo della ricerca

1.2 I fattori che influenzano i consumi energetici

1.3 Influenza del comportamento degli occupanti

1.3.1 Identificazione delle “Driving Forces”e delle “Action Scenarios”

2. Il caso studio: un High Performing Building

2.1 “TEN STEPS” Per ottenere un “High Performance Building"

2.1.1. Le diverse filosofie “da Passive House a NEARLY-ZEB”

2.2 Il caso studio: l’edificio residenziale “The Solaire”

3. Il modello deterministico di comportamento degli occupanti: la simulazione energetica dinamica degli edifici

3.1 Il software : IDA ICE

3.2 Il modello deterministico di riferimento

3.2.1 Dati di input

3.3 I consumi energetici degli utenti Standard

3.3.1 La“Calibrazione” del modello deterministico

3.4 Conclusioni

4. Il modello probabilistico di comportamento degli occupanti

4.1 Metodologia

4.2 I dati di input: l’implementazione delle“driving forces”

4.2.1 Window opening/closing _ profili di utente reali

4.2.2 Heating set point _ profili di utente reali

4.3 Dati di input del modello probabilistico in IDA ICE

4.4 Gli scenari analizzati

4.4.1 Implementazione window opening/closing

4.4.2 Implementazione heating set-point

4.4.3 Implementazione window opening/closing & heating set-point

4.5 Conclusioni

5. “Allineamento” del caso studio Americano secondo gli standard Europei

5.1 Il modello deterministico dell’edifìcio “allineato” in IDA ICE

5.1.1 Dati di input

5.1.2 Simulazione consumi energetici riferiti ad utenti Standard

5.2 Il modello probabilistico dell’edifìcio “allineato” _ Gli scenari analizzati

5.2.1 Implementazione window opening/closing

5.2.2 Implementazione heating set-point

5.2.3 Implementazione window opening/closing & heating set-point

5.3 Modello reale del caso studio vs Modello “allineato” con gli Standard Europei

6. Conclusioni

Bibliografia

Allegati

Bibliografia:

Andersen R.V., Olesen B.W ,Toftum J. Modelling window opening behaviour in Danish dwellings.

Andersen RV, Occupant behaviour with regard to control of the indoor environment. Ph.D.Thesis, Technical University of Denmark; (May 2009).

Andersen RV, Olesen BW, Toftum J. Long term monitoring of occupant behaviour and indoor environment in Danish dwelling. Submitted to “International Journal of Building and Environment, May 2009.

Annex 53 Total Use in Building- Analysis and evaluation methods. Progress Report, December 2010, Tohoku University, Japan

ASHRAE Standard 55-2004 Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy

ASHRAE Manuscript Central. The influence of occupant behaviour: a literature review of drivers, actions and effects on energy consumption and indoor environmental quality.

ASHRAE'S Residential Ventilation Standard Exegesis of proposed standard 62.2.June 2000

Blom I, Itard L, Meijer A. Environmental impact of building-related and user-related energy consumption in dwellings. Building and Environment (2011).

Caroline M. Clevenger 1., Haymaker J. The impact of the building occupant on energy modeling simulations

Caldera M., Corgnati SP., Filippi M. Energy demand for space heating through a statistical approach: application to residential buildings. Energy and Buildings 40 (2008) 1972-1983.

Corgnati SP, Filippi, M., Perino, M. A new approach for the IEQ (Indoor Environment Quality) assessment.Dipartimento di Energetica-Politecnico di Torino.

Corgnati SP, Fabrizio E., Filippi M.The impact of indoor thermal conditions, system controls and building types on the building energy demand. Energy and Buildings (2008) 627-636

Direttiva Tecnica CasaClima, Bolzano, Agosto 2011

EN 15251 (2008); Criteria for the Indoor Environment including thermal, indoor air quality, light and noise. European Standard.

Fabi V, Andersen R.V., Corgnati SP., Olesen B.W,Filippi M. Description of occupant behavior in building energy simulation: state of the art and concepts for improvements. Sydney 2011

Fabi V, Corgnati SP, Filippi M, Olesen BW. Effect of occupant behaviour related influencing factors on final Energy and uses in buildings.

Fabi V, Vinther Andersen R, Corgnati SP Window opening behaviour: simulations of occupant behaviour in residential buildings using models based on a field survey. Aprile 2012.

Fabi V, Vinther Andersen R, Corgnati SP. Modelling occupant behaviour for a better prediction of building energy performance. Accepted manuscript, Building simulation. Sydney 2011.

Fabi V, Vinther Andersen R, Corgnati SP, Olesen B.W. Window opening behaviour: literature review of occupant behaviour influencing factors and models.

Faiers A, Cook M, Neame C. Towards a contemporary approach for understanding consumer behavior in the context of domestic energy use. Energy Policy (2007) 4381- 4390.

Gabriel Beko, Jorn Toftum, Geo Clausen, Modeling ventilation rates in bedrooms based on building characteristics and occupant behavior. Building and Environment (2011)

Guerra-Santi O. Behavioural Patterns and User Profiles related to energy consumption for heating. Energy and Buildings. (2011) 2662-2672

Guerra-Santi O, Itard L. Occupants’ behavior: determinants and effect on residential heating consumption.Building research and Information (2010) 3,318-338.

GuideLines Design for the north residential neighborhood, Battery Park City, 2000

GuideLines Residential Environmental Indipendent Cost Impact Study,Battery Park City Authority January 2003.

Haas R, Auer H, Biermayr P. The impact of consumer behaviour on residential energy demand for space heating. Energy and Buildings (1998) 198-205.

Haldi F., Robinson D. Interactions with window openings by office occupants. Building and Environment (2009) 2378-2395

Haldi F, Robinson D. On the behaviour and adaption of office occupants. Building and Environment (2008) 2163-2177.

Herkel S, Knapp U, Pfafferott J. Towards a model of user behaviour regarding the manual control of windows in office buildings. Building and Environment (2008) 588-600

Hoe P, Hensen J.L.M Loomans M.G.L.C, B. de Vries ,Bourgeois D. User behavior in whole building simulation. Energy and Buildings (2009) 295-302

IDA ICE 4, Manual version: 4.0. EQUA Simulation AB (September 2009).

Iftikhar A.R, J. Fergus N, Kathryn J. McCartney, Michael A. Humphreys. Thermal comfort: use of controls in naturally ventilated buildings. Energy and Buildings (2001) 235-244

Nichol JF, Humpreys MA. A stochastic approach to thermal comfort-occupant behaviour and Energy use in buildings. ASHRAE TRANSACTIONS 2004;110(2):554-68.

Owens S, Driffill L. How to change attitudes and behaviours in the context of energy. Energy Policy (2008) 4412-4418.

Papakostas K.T, Sotiropoulos B.A Occupational and energy behaviour patterns in Greek residences. Energy and Buildings (1997) 207-213

Peeters L,Van der Veken J,Hens H, Helsen L, D’haeseleer W. Control of heating systems in residential buildings: Current practice. Energy and Buildings (2008) 1446-1455

Peffer T, Pritoni M, Meier A c,Aragon C, Perry D. How people use thermostats in homes: A review. Building and Environment (2011) 2529e254l

Rijal HB, Tuohy P, Humphreys MA, Nicol JF, Samuel A, Clarke J. Using r 50. results from fields surveys to predict the effect of open window on thermal comfort and Energy use in buildings. Energy and Buildings 2007;39:823-36.

Reinhart C.F. Lightswitch-2002: a model for manual and automated control of electric lighting and blinds. Solar Energy (2004) 15-28

Schweiker M, Shukuya M. Comparison of theoretical and statistical models of air- conditioning-unit usage behaviour in a residential setting under Japanese climatic conditions. Building and Environment (2009) 2137-2149

Sorensen J.B. Impact of alternating window opening behavior on different building envelope designs. Master thesis 2011

The Path towards 2020:Nearly Zero - Energy Buildings, Rehva journal, March 2012

Tuohy P., Rijal H.B. Humphreys M.A, Nicol J.F,Samuel A.,Clarke J. Comfort driven adaptive window opening behavior and the influence of building design.

Venezia F. Occupants’ Action Scenarios. Influence on indoor environmental quality and energy consumptions, tesi magistrale 2010

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