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Quaranta, Silvia

Office renovation driven by cost-optimal approach.

Rel. Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, A. Yilmaz Zerrin. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta', 2013

Abstract:

A livello internazionale, il settore delle costruzioni è responsabile di circa 1/3 della domanda globale di energia, mentre, restringendo il campo d'indagine alla situazione europea, esso corrisponde al 40% del consumo energetico totale. Questi dati permettono di quantificare di riflesso l'impatto che gli edifici hanno sull'ecosistema e il loro contributo all'aumento delle emissioni di C02 nell’atmosfera.

Dopo una breve analisi delle misure vagliate dalla Commissione Europea per fronteggiare il problema e raggiungere gli obiettivi di risparmio energetico e di riduzione delle emissioni di gas serra previsti per il 2020 e il 2050, questa tesi si propone di valutare la questione confrontando la situazione italiana con quella turca. La politica energetica dell'Italia, paese membro dell’Unione Europea, è in parte soggetta alle strategie europee tracciate in vista di un futuro più sostenibile. D'altro canto la Turchia, pur non facendo parte dell'Unione, è ugualmente chiamata a fronteggiare le medesime problematiche energetiche e ambientali a causa del repentino sviluppo sociale ed economico in atto.

La scelta di prendere in considerazione la Turchia come parametro di confronto, scaturisce da un periodo di studio svolto da Marzo a Giugno 2013 presso l'Istanbul Technical University (ITU), attiva nel campo delle ricerche in materia di risparmio energetico, ricerche spesso svolte in collaborazione con il dipartimento di energia (DENERG) del Politecnico di Torino.

Lo scopo principale della tesi risiede nella valutazione di una serie di misure volte a migliorare le prestazioni energetiche di un edificio esistente per uffici, attraverso la "Cost-Optimal analysis". Questa metodologia è nata per guidare gli stati membri dell'Unione Europea nella definizione dei valori limiti di prestazione energetica per gli edifici esistenti o di nuova costruzione. Essa permette di identificare quali misure di risparmio energetico meglio si avvicinano all'ottimo economico, ossia allo scenario avente il costo globale più basso lungo l'intera vita utile dell'edificio.

La Direttiva 2010/31/EU (anche nota come "EPBD Recast") e il successivo Regolamento No 244/2012, corredato dalle relative linee guida, rappresentano il quadro normativo di riferimento per l'applicazione della "cost-optimal analysis".

La struttura della tesi segue l'avvicendarsi degli "step" definiti dalla suddetta normativa di riferimento. La fase iniziale consiste nell'individuazione dell'edificio di riferimento che, nel caso in questione, deve rappresentare la più probabile tipologia di edificio per uffici (in termini di dimensioni, data di costruzione e caratteristiche tecniche) rappresentativo del patrimonio edilizio italiano e turco. Questo edificio (situato a Torino per il caso studio italiano e ad Ankara per il caso studio turco) è analizzato prima e in seguito all'adozione di misure di risparmio energetico che riguardano l'involucro esterno, il sistema d'illuminazione e gli impianti di climatizzazione estiva e invernale (secondo step). Tutte le misure volte a migliorare l'efficienza energetica dell'edificio di riferimento sono esaminate come singole azioni di retrofit e, in seguito, combinate tra loro in pacchetti di misure al fine di raggiungere livelli sempre maggiori di prestazione energetica.

Il calcolo dei fabbisogni energetici (terzo step), prima e dopo l'adozione di tali azioni, è demandato al software "Energy Plus versione 7.2.0.006", che consente di simulare il comportamento termo-energetico dell'edificio in regime dinamico, come suggeri Recast. Il numero delle misure di efficienzche l'analisi prende in considerazione è, pertante influenzato mplessità del software che, se da un lato ocizzare l'ottenimento dei dati necessari (carichi teli, te dell'aria, potenza nominale degli impianti)chiede all'utente un'elevata competenza nella modeelemene impiantistici dell'edificio e nella loro cati di input. Di conseguenza, per ragioni di tempistie analisi non è basata su un calcolo parametrico.aggio consiste nel calcolalen seguito all'adozione delle diverse misure e dei pacchetti individuati, secondo il procedimento indicato nello Standard Europeo 15459. Per costo globale si intende la somma del valore attuale di tutti i costi relativi all'utilizzo dell'edificio (riferiti all'anno nel quale si effettua il calcolo), comprendendo anche gli investimenti iniziali degli interventi di rinnovamento previsti, così come il valore residuo e il costo di demolizione/dismissione dei componenti dell'edificio.

L'ultima parte della tesi affronta l'elaborazione dei risultati del calcolo in un grafico, che permette di confrontare i costi globali dei diversi scenari di efficientemente energetico dell'edificio e di individuare tra essi l'ottimo economico, rappresentato dall'azione di retrofit che presenta il costo globale minore lungo l'intera vita utile dell'edificio (20 anni).

Con la finalità di determinare il peso che i diversi "key-parameters" hanno sulla procedura di calcolo, i risultati ottenuti per entrambi i casi studio (Torino e Ankara) sono stati riesaminati attraverso un'analisi di sensitività riguardante il tasso di sconto e l'evoluzione dei prezzi dell'energia.

Infine, le analogie e le differenze riscontrate tra i due casi studio, sono state analizzate in un capitolo dedicato, mettendo in luce quanto i risultati siano stati influenzati dalle condizioni del mercato e dagli indicatori economici (inflazione, costi della manodopera, costi dei materiali, ecc.) propri di ciascun paese, così come dalle considerazioni preliminari poste alla base dell'analisi.

L"'executive summary", che introduce l'intera trattazione e sintetizza l'analisi condotta sul caso studio di Torino, è stato scritto sotto forma di articolo scientifico in previsione di una futura pubblicazione su una rivista di settore.

Relatori: Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, A. Yilmaz Zerrin
Soggetti: G Geografia, Antropologia e Luoghi geografici > GH Scienze Ambientali
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/3421
Capitoli:

_ ABSTRACT

_ EXECUTIVE SUMMARY

1. GENERAL OVERVIEW OF THE PROBLEM

2. COST OPTIMAL METHODOLOGY

2.1. ESTABLISHMENT OF REFERENCE BUILDING

2.2. IDENTIFICATION OF ENERGY EFFICIENCY MEASURES

2.3. CALCULATION OF THE PRIMARY ENERGY CONSUMPTION

2.4. CALCULATION OF THE GLOBAL COST

2.5. UNDERTAKING A SENSITIVITY ANALYSIS

2.6. DERIVATION OF COST-OPTIMAL LEVELS

3. ITALY AND TURKEY NATIONAL REQUIREMENTS

3.1. ITALY NATIONAL REQUIREMENTS

3.2. TURKEY NATIONAL REQUIREMENTS

4. ESTABLISHMENT OF REFERENCE BUILDING FOR TURIN AND ANKARA

4.1. BUILDING PHYSICAL FEATURES

4.2. BUILDING COMPONENTS

4.3. INTERNAL HEAT GAINS AND HEAT LOSSES

4.4. HVAC - HEATING VENTILATION AND AIR CONDITIONING SYSTEMS

4.5. ITALY AND TURKEY CLIMATIC DATA

5. IDENTIFICATION OF ENERGY EFFICIENCY MEASURES FOR TURIN AND ANKARA

5.1. [E] — ENVELOPE

5.2. [L] — LIGHTING

5.3. [S]-HVAC SYSTEMS

5.4. [PV] - PHOTOVOLTAIC SYSTEM

5.5. PACKAGESOF ENERGY EFFICIENCY MEASURES

6. TURIN - CALCULATION OF THE PRIMARY ENERGY CONSUMPTION

7. TURIN - CALCULATION OF THE GLOBAL COST

7.1. FIRST STEP - FINANCIAL DATA

7.2. SECOND STEP-PROJECT DATA

7.3. THIRD STEP - COST REGARDING COMPONENTS AND SYSTEMS

7.4. FOURTH STEP - ENERGY COSTS

7.5. FIFTH STEP - GLOBAL COST CALCULATION

8. TURIN - DERIVATION OF COST OPTIMAL LEVELS

8.1. COMPARISON OF ENERGY LEVELS AND GLOBAL COSTS OF SINGLE ENERGY EFFICIENCY MEASURES

8.2. COST-OPTIMAL GRAPHS OF PACKAGES OF MEASURES BELONGING TO THE SAME CATEGORY

8.3. COST-OPTIMAL RANGE OF FINAL PACKAGES AND SELECTED MEASURES

8.4. COST-OPTIMAL RANGE OF SELECTED PACKAGES AND MEASURES WITH THE PHOTOVOLTAIC SYSTEM

9. TURIN - SENSITIVITY ANALYSIS

9.1. VARIATION OF THE CALCULATION PERIOD

9.2. VARIATION OF THE DISCOUNT RATE

9.3. LONG-TERM ENERGY PRICE DEVELOPMENT

10. ANKARA - DERIVATION OF COST OPTIMAL LEVELS

10.1. COMPARISON OF ENERGY LEVELS AND GLOBAL COSTS OF SINGLE ENERGY EFFICIENCY MEASURES

10.2. COST-OPTIMAL GRAPHS OF PACKAGES OF MEASURES BELONGING TO THE SAME CATEGORY

10.3. COST-OPTIMAL RANGE OF FINAL PACKAGES AND SELECTED MEASURES

10.4. COST-OPTIMAL RANGE OF SELECTED PACKAGES AND MEASURES WITH THE PHOTOVOLTAIC SYSTEM

11. ANKARA-SENSITIVITY ANALYSIS

11.1. VARIATION OF THE CALCULATION PERIOD

11.2. VARIATION OF THE DISCOUNT RATE

11.3. LONG-TERM ENERGY PRICE DEVELOPMENT

12. DISCUSSION OF RESULTS OF TURIN AND ANKARA

_ CONCLUSIONS

_ FUTURE DEVELOPMENT

_ LIST OF REFERENCES

_ ANNEXES

- ANNEX_A: TURIN -CALCULATION OF INITIAL INVESTMENT COSTS

- ANNEX_B: TURIN - CALCULATION OF ENERGY COSTS

- ANNEX_C: TURIN - CALCULATION OF GLOBAL COSTS

- ANNEX_D: ANKARA-CALCULATION OF INITIAL INVESTMENT COSTS

- ANNEX_E: ANKARA - CALCULATION OF ENERGY COSTS

- ANNEX_F: ANKARA-CALCULATION OF GLOBAL COSTS

ACKNOWLEDGEMTS

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