Politecnico di Torino (logo)

Barthelmes, Verena Marie

Nearly Zero Energy Building : progettazione energetica orientata alla cost-optimality = energy design driven by cost-optimality.

Rel. Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, Marta Carla Bottero. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta', 2014

Abstract:

Finding cost-optimal solutions towards nearly zero energy buildings in accordance with European Energy Performance of Buildings Directive is a challenging task: in order to reach the 20-20-20 targets the European energy policy introduces new ambition levels regarding the diffusion of nearly zero energy buildings and the methodology for cost- optimal levels for energy performance requirements. These new concepts permit to carry out the thermal design of a building as a compromise between energy saving, cost saving and energy requirements. In according to these elements, the goal of this work is to analyze a residential Reference Building by its energy and financial performance evaluating different design options for the building envelope and the HVAC systems which are combined in several energy packages. The energy performance is assessed using the dynamic simulation software Energy Plus while the financial performance is calculated applying the global cost methodology. Finally, comparing these two kinds of results in a cost curve, the cost optimal level can be defined in order to make an adequate design choice by analyzing the relationship between energy performance and costs that amount during the whole life cycle of the future building. Furthermore this analysis permits to identify whether or not it is convenient to invest in nearly zero energy packages. In order to test the robustness of the results obtained by the cost optimal methodology, different sensitivity analysis have been carried out by varying some input data that have a notable influence on the results. Additionally, the final choice of the most convenient energy packages is influenced by some aspects referring to the thermal environmental conditions.

Relatori: Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, Marta Carla Bottero
Soggetti: A Architettura > AH Edifici e attrezzature per l'abitazione
A Architettura > AO Progettazione
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta'
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3539
Capitoli:

Ringraziamenti

Summary /Paper

1. Introduzione

1.1 Background

1.2 La filosofia, le motivazioni e gli obiettivi del progetto di tesi

1.3 Strategia del progetto

PARTE 1

2. Excursus nei quadri normativi

2.1 II quadro normativo EUROPEO

2.1.1 Quadro generale

2.1.2 II target 20-20-20 entro il 2020

2.1.3 La EPBD

2.1.4 La EPBD recast

2.2 II quadro normativo NAZIONALE

2.2.1 Quadro generale

2.2.2 II primo passo verso una politica sostenibile - La Legge 10

2.2.3 II lungo percorso verso l'attuazione della direttiva europea a livello nazionale ..

2.2.4 L'attuale punto di arrivo - Le Linee guida nazionali

2.2.5 La normativa tecnica

2.3 II quadro normativo REGIONALE: Il Piemonte

2.3.1 Quadro generale

2.3.2 Le prime iniziative a livello regionale

2.3.3 II recepimento delle direttive europee e nazionali a livello regionale

2.3.4 I provvedimenti attuativi della L.R. 13/2007

2.4 Gli indici di prestazione energetica e la loro classificazione

2.4.1 Definizioni e chiarimenti

2.4.2 Gli indici EP e la loro classificazione a livello nazionale

2.4.3 Le modifiche apportate agli indici di prestazione energetica a scala regionale..

3. (Nearly) Zero Energy Buildings

3.1 Definizioni e nozioni storiche

3.1.1 Definizione della casa ad energia quasi zero

3.1.2 Dalla Passivhaus all'edificio a energia positiva

3.1.3 II net Zero Energy Building (nZEB)

3.1.4 Opzioni di fornitura di energia da fonti rinnovabili

3.1.5 Schema riassuntivo dello Zero Energy Building

3.1.6 Dall'edificio al quartiere: gli Zero Energy Districts

3.2 Orientamenti normativi per gli ZEB

3.2.1 Quadro generale

3.2.2 Gli obiettivi posti dalla EPBD recast

3.2.3 II piano d'azione del D.lgs. 63/2013

3.2.4 IEA - Towards Net Zero Energy Solar Buildings

3.3 Criteri progettuali e soluzioni tecniche

3.3.1 Criteri generali

3.3.2 Oltre la passivhaus: le scelte impiantistiche

3.3.3 Criticità

4. La metodologia del

Cost Optimal

4.1 La sostenibilità economica

4.1.1 Introduzione: i quattro pilastri della sostenibilità

4.1.2 Dalla sostenibilità economica al Cost Optimal

4.2 La EBPD recast e il Cost Optimal

4.2.1 Definizione e scopo della metodologia del Cost Optimal

4.2.2 II calcolo del costo globale

4.2.3 II grafico del costo globale

4.2.4 II Cost Optimal a livello nazionale e il progetto TABULA

4.2.5 La metodologia del Cost Optimal applicata al progetto di tesi

PARTE 2

5. Il Reference Building: La "Casa K"

5.1 Stato di fatto

5.1.1 Inquadramento generale

5.1.2 Rilievo fotografico

5.2 Stato di progetto

6. La modellazione del Reference

Building in Energy Plus

6.1 La simulazione energetica con Energy Plus

6.1.1 II software Energy Plus e la simulazione termoenergetica dinamica

6.1.2 I dati di input iniziali e il weather data file

6.1.3 La costruzione del modello

6.1.4 La suddivisione del Reference Building in zone termiche

6.1.5 II modello geometrico

6.1.6 Le stratigrafie di base

6.1.7 La ventilazione naturale

6.1.8 I setpoint

6.1.9 Gli apporti termici interni

6.1.10 II fabbisogno di acqua calda sanitaria

7. Le ipotesi progettuali

7.1 Le ipotesi progettuali: L'involucro

7.1.11 livelli di prestazione energetica dell'involucro

7.1.2 I requisiti

7.1.3 Le ipotesi progettuali a livello dell'involucro

7.1.4 La scelta delle schermature mobili

7.2 Le ipotesi progettuali: Gli impianti

7.2.1 La scelta dei sistemi impiantistici

7.2.2 I requisiti per le fonti rinnovabili

7.3.1 I pacchetti progettuali

7.3.2 La definizione dei pacchetti progettuali

7.3.3 I consumi in dettaglio

8. Il calcolo del Costo Globale

8.1 II calcolo del costo di investimento

8.1.1 Stima del costo di investimento

8.1.2 La stima sintetica parametrica

8.1.3 La stima analitica - Il computo metrico estimativo

8.2 II calcolo del costo di esercizio

8.2.1 La stima del costo di esercizio

8.3 II calcolo del costo di manutenzione

8.3.1 La stima del costo di manutenzione

8.4 II calcolo del costo globale

8.4.1 Le assunzioni per il calcolo del costo globale

9. L'individuazione del

cost optimal level

9.1 II grafico del costo globale

9.1.1 II tracciamento del grafico del costo globale

9.2 Le analisi di sensitività

9.2.11 criteri

9.2.2 II tasso di sconto

9.2.3 II periodo di calcolo

9.2.4 Aumento dei prezzi dei vettori energetici

9.2.5 Detrazioni fiscali e l'ecobonus

9.3 Discussione dei risultati

9.3.1 Osservazioni sui dati ottenuti

10. La valutazione del

comfort interno

10.1 La valutazione del comfort interno

10.1.1 Criteri generali

10.1.2 La valutazione della qualità microclimatica dell'ambiente interno

10.1.3 II modello adattativo EN 15251/2007

10.1.4 Analisi delle ore di discomfort

11. Conclusioni

11.1 Considerazioni finali

11.2 Ipotesi di sviluppo

Riferimenti bibliografici

Allegati

Bibliografia:

Marco Filippi, Enrico Fabrizio, "Introduzione alla simulazione termoenergetica dinamica degli edifici". Guida AiCARR, Editoriale Delfino, Milano, 2012;

Stefano Paolo Corgnati, "La procedura di certificazione energetica degli edifici in Piemonte, Guida pratica", Celid, Torino, febbraio 2010;

Monica Lavagna, Marcella Bonanomi, Claudia de Flumeri, "Edifici a consumo energetico zero. Orientamenti normativi, criteri progettuali ed esempi di Zero Energy e Zero Emission Buildings", Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna (RN), 2012;

Vincenzo Corrado, Simona Paduos, "La nuova legislazione sull'efficienza energetica degli edifici. Requisiti e metodi di calcolo, nuova edizione", Celid, Torino, novembre 2010;

Luca Stefanutti, "Impianti di climatizzazione. Tipologie applicative", tecniche nuove, Milano, 2001;

Marco Filippi, Gianfranco Rizzo, "Certificazione energetica e verifica ambientale degli edifici", Flaccovio editore, Palermo, 2007;

Norbert Lantschner, a cura di, "La mia CasaClima. Progettare, costruire e abitare nel segno della sostenibilità ", Edition Raetia, Bolzano, 2009;

Massimo Capolla, "La casa energetica. Indicazioni e idee per progettare la casa a consumo zero”, Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna, 2011;

AICARR, "La certificazione e l'efficienza energetica del sistema edificio-impianto", FonteGrafica, Monza, 2006.

RIVISTE e PUBBLICAZIONI:

Kurtnitski J., Allard F., Braham D., Goeders G., Heiselberg P., Jagemar L., Kosonen R., Lebrun J., Mazzarella L., Railio J., Seppànen O., Schmidt M., Virta M., "How to define nearly net zero Energy buildings nZEB - REHVA proposal for uniformed national implementation of EPBD recast", in The Rehva European HVACJournal, v. 48, n.3, pp. 6-12, maggio 2011;

Wittchen K., Thomsen K., "Introducing cost-optimal levels for energy requirements", in The Rehva European HVAC Journal, v. 49, n. 3, pp. 25-29, marzo 2012;

Kurnitski J., "How to calculate cost optimal nZEB energy performance?", in The Rehva European HVAC Journal, v. 48, n. 5, pp. 36-41, ottobre 2011;

Kurnitski J., Saari A., Kalamees T., Vuoile M,, Niemela J., Tark T., "Cost optimal and nearly zero (nZEB) energy performance calculations for residential buildings with REHVA definition for nZEB national implementation", in Energy and Buildings, 43, n. 11, pp. 3279-3288, novembre 2011;

Torcellini P., S. Pless S., Deru M., Crawley D., "Zero Energy Buildings: A Critical Look at the Definition", National Renewable Energy Laboratory, agosto 2006;

Pless S., Torcellini P., "Net-Zero Energy Buildings: A Classification System based on Renewable Energy Supply Options", National Renewable Energy Laboratory, luglio 2009;

BPIE, "Implementing the cost optimal methodology in EU countries, lessons learned from three case studies", Report of Building Perfomance Institute Europe, marzo 2013;

BPIE, “Principles for Nearly Zero Energy Buildings. Paving the way for effective implementation of policy requirements.", Report of Building Perfomance Institute Europe, novembre 2011;

BPIE, "Cost optimality. Discussing methodology and challenges within the recast Energy Perfomance of Buildings Directive", Report of Building Perfomance Institute Europe, settembre 2010;

Ballarmi I., Corgnati S.P., Corrado V., Talà N., Building Typology Brochure - Italy. Fascicolo sulla Tipologia Edilizia Italiana, Italian TABULA Report, ottobre 2011;

C.Becchio, E.Fabrizio, V.Monetti, "Livelli di prestazione energetica ottimali per edifici a energia quasi zero: Il caso dì un edificio multifamiliare", 67° Congresso Nazionale ATI - Trieste, settembre 2012;

Dipartimento di Energetica, Politecnico di Milano, "MICENE Misure dei Consumi di ENergia Elettrica in 110 abitazioni Italiane. Curve di carico dei principali elettrodomestici e degli apparecchi di illuminazione", Milano, Settembre 2004.

SITI INTERNET:

http://www.bpie.eu/cost_optimal_methodology.html

http://appsl.eere.energy.gov/buildings/energyplus/

http://www.regione.piemonte.it/oopp/prezzario

http://www.autorita.energia.it/it/index.htm

http://www.certificazione-energetica.com/normativa

http://www.passiv.de

http://www.agenziacasaclima.it

http://www.provincia.bz.it/edilizia/price_i.aspx

http://www.rethinking2050.eu

TESI di DOTTORATO:

C.Becchio, "Assessment of energy and cost effectiveness in retrofitting existing buildings". Politecnico di Torino, maggio 2013.

RIFERIMENTI LEGISLATIVI:

Direttiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo del Consiglio del 16 dicembre 2002 sul rendimento energetico neH'edilizia (EPBD);

Direttiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo del Consiglio del 19 maggio2010 sulla prestazione energetica nell'edilizia (EPBD recast);

Legge 09/01/1991, n.10. Norme per l'attuazione del Piano energetico nazionale in materia di uso nazionale dell'energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia;

Decreto Legislativo del 19 agosto 2006 n.192, Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico neH'edilizia;

Decreto Legislativo del 29 dicembre 2006 n.311. Disposizioni correttive e integrative al decreto legislativo 19 agosto 2005 n.192 recante l'attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell'edilizia;

Decreto Legislativo del 30 maggio 2008 n.115, Attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa all'efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici e abrogazione della direttiva 93/76/CEE;

Decreto Ministeriale del 26 giugno 2009 n.158, Linee guida nazionali per la Certificazione energetica degli edifici;

Decreto Legge 4 giugno 2013 n.63, Disposizioni urgenti per il recepimento della Direttiva 2010/31/UE del Parlamento europeo e del Consiglio del 19 maggio 2010, sulla prestazione energetica nell'edilizia per la definizione delle procedure d'infrazione avviate dalla Commissione europea, nonché altre disposizioni in materia di coesione sociale;

Legge Regionale 7 ottobre 2002 n.23. Disposizioni in campo energetico. Procedure di formazione del piano regionale energetico-ambientale;

Deliberazione del Consiglio Regionale 3 febbraio 2004, n.351-3642;

Deliberazione del Consiglio Comunale del 20 dicembre 2004;

Deliberazione del Consiglio Regionale n.98-1247 del 11 gennaio 2007;

Legge Regionale 28 maggio 2007 n.13, Disposizioni in materia di rendimento energetico neH'edilizia;

Deliberazione della Giunta Regionale 4 agosto 2009, n.43-11965, Disposizioni attuative in materia di certificazione energetica degli edifici ai sensi dell'articolo 21, comma 1, lettere d), e) edf);

Deliberazione della Giunta Regionale 4 agosto 2009, n.45-11967. Disposizioni attuative in materia di impianti solari termici, impianti da fonti rinnovabili e serre solari ai sensi dell'articolo 21, comma 1, lettere g) e p);

Deliberazione della Giunta Regionale 4 agosto 2009, n.46-11968, Aggiornamento del Piano regionale per il riscaldamento e la tutela della qualità dell'aria - Stralcio di piano per il riscaldamento ambientale e il condizionamento e disposizioni attuative in materia di rendimento energetico nell'edilizia ai sensi dell'articolo 21, comma 1, lettere a) b) e q);

RIFERIMENTI NORMATIVI:

prEN 15459, Energy performance of buildings - Economic Evaluation procedure for energy systems in buildings, maggio 2007;

UNI TS 11300 parte 1, Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale, maggio 2008;

UNI TS 11300 parte 2, Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti perla climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria, maggio 2008;

Piano Energetico Ambientale Regionale, approvato con la Deliberazione del Consiglio Regionale 3 febbraio 2004, n.351-3642;

Città di Torino, Allegato Energetico Ambientale al regolamento edilizio della città di Torino;

EN 15251, Criteria for the Indoor Environment including thermal, indoor air quality, light and noise, 2007;

ASHRAE Standard 55, Thermal Environment Conditions for Human Occupancy, Proposed American National Standard, 2007;

UNI EN ISO 7730, Ambienti termici moderati - Determinazione degli indici PMV e PPD e specifica delle condizioni di benessere termico;

UNI EN ISO 13790, Prestazione energetica degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamene, 2008;

UNI 10339, Impianti aeraulici a fini di benessere - Generalità, classificazione e requisiti. Regole perla richiesta d'offerta, l'offerta, l'ordine e la fornitura; 1995.

Modifica (riservato agli operatori) Modifica (riservato agli operatori)