Ottimizzazione dei consumi e dei costi energetici degli alloggi di un edificio multipiano

Djapou Yannick Ngatchou

Ottimizzazione dei consumi e dei costi energetici degli alloggi di un edificio multipiano.

Rel. Marco Filippi, Enrico Fabrizio, Maria Ferrara. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città, 2017

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Abstract:	La ricerca condotta in questo lavoro deriva dalla necessità di rispondere alle problematiche attuali legate al settore edilizio, in particolare quelle energetiche negli edifici residenziali multipiano: impatto ambientale (emissione di gas ad effetto serra, inquinamento dell’aria), risorse limitate nel tempo (precarietà delle energie fossili) e l’aumento del costo dell’energia. A tali problematiche si aggiungono anche le sfide incentivate sotto forma di direttive dall’Unione Europea (UE) come il pacchetto Clima- Energia 20-20-20, a cui ogni paese membro deve conformarsi, adattandolo talvolta alla propria realtà. Due strade appaiono indivisibili e sono da perseguire. La prima riguarda in effetti il risparmio energetico che si deve tradurre attraverso edifici meno energivore, quali ad esempio, gli edifici ad energia quasi zero (nZEB) di nuova costruzione, e quelli esistenti che sono stati oggetti di adeguati interventi di coibentazioni e/o riqualificazione energetica. La seconda è naturalmente quella de\Y efficienza energetica che suppone un miglioramento continuo nell’utilizzo delle tecnologie e dei materiali ad oggi disponibili, si pensa al vero green building. Per affrontare in maniera più globale e ugualmente con maggiore precisione le sfide energetiche, l’uso dello strumento di simulazione termoenergetica dinamica (STD) dai professionisti del settore edilizio si pone sempre più come un ottimo strumento al servizio della concezione energetica dell’edificio perché, guida le scelte architettoniche e tecnologiche e non solo, consente anche di verificare gli obiettivi prestabiliti in fase d'ideazione del progetto e stabilire una strategia ideale di rinnovamento dell’esistente. In una prima parte del lavoro, tale strumento (Transient System Simulation program - TRNSYS) ha consentito di determinare quali sono i fabbisogni ambiente anno per il riscaldamento e il raffrescamento degli alloggi della manica a Sud di un complesso residenziale di nuova costruzione nella città di Cremona. I modelli di lavoro sono stati costruiti in modo da consentire un’analisi del comportamento termoenergetico su ciascun piano dell’edificio (e di conseguenza nei singoli alloggi), proprio per la loro distribuzione spaziale: il piano inferiore, intermedio e superiore. Successivamente, sono stati individuati i parametri di progetto che sono delle variabili indipendenti e dipendenti (continue, discreti o entrambi) che rientrano nell’insieme delle scelte effettuate in fase d’ideazione riguardo all’involucro edilizio nonché al sistema impiantistico, le cui variazioni consentono di osservare diversi andamenti dei fabbisogni ambiente anno. I parametri fra loro dipendenti, come possono essere l’area della finestra e la profondità della loggia dell’ambiente attinente, sono stati vincolati mediante apposite equazioni matematiche affinché il requisito minimo di legge venisse sempre verificato, cioè, il fattore medio di luce diurna (FLDm) > 2%. Inseguito, si è perseguito la linea dell’ottimizzazione, mediante lo strumento GenOpt (Generic Optimization Program), analizzando cosa significa ottimizzare in modo diverso però allo stesso scopo: in base ai consumi in energia primaria da una parte, e dall’altra, in base ai costi energetici. Si è formulato pertanto delle funzioni obiettivo che utilizzano algoritmi di tipo Particle Swarm Optimization (PSO): la prima funzione avendo scopo di minimizzare il consumo totale di ciascun piano, la seconda funzione invece quello di minimizzare le differenze di consumo fra gli alloggi dello stesso piano, e per finire la terza che vuol essere una funzione multi-obiettivo per la minimizzazione di entrambe le due prime funzioni e questo simultaneamente. L’analisi dei risultati ottenuti con le diverse ottimizzazioni ha messo in evidenza i vantaggi e gli inconvenienti di una funzione obiettivo rispetto ad un’altra dal punto di vista del consumo globale e del miglioramento dell’uniformità fra i consumi degli alloggi, sia nel caso del consumo in energia primaria sia in quello dei costi energetici. Le variazioni osservate hanno consento di valutare diverse configurazioni progettuali, le cui differenze sono considerevoli a livello tecnologico e compositivo fin da modificare in prospetto l’architettura dell’edificio. Nella ricerca del giusto compromesso fra gli obiettivi perseguiti, i vari confronti effettuati hanno permesso di individuare due scenari che si possono ritenere molto validi in quanto risultano essere quelli che hanno dati migliori risultati: l’ottimale energetico (OPTEP) e l’ottimale in costi (OPTc). Da queste due configurazioni progettuali si è andato da un lato a quantificare, in termini economici, quanto valgono le variazioni che si ottengono rispetto all’edificio reale perché rappresentano effettivamente il costo dell’energia che devono sostenere gli utenti degli appartamenti nel giro di un anno, dall’altro si cercato di vedere se tali variazioni portano ad un salto di classe energetica.
Relatori:	Marco Filippi, Enrico Fabrizio, Maria Ferrara
Tipo di pubblicazione:	A stampa
Soggetti:	S Scienze e Scienze Applicate > SH Fisica tecnica
Corso di laurea:	Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città
Classe di laurea:	Nuovo ordinamento > Laurea magistrale > LM-04 - ARCHITETTURA E INGEGNERIA EDILE-ARCHITETTURA
Aziende collaboratrici:	NON SPECIFICATO
URI:	http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/6167
Capitoli:	INDICE Ringraziamenti Sommario Abstract Indice Capitolo 1 Introduzione generale 1.1 Analisi del contesto energetico 1.2 Obiettivi teorici del settore edilizio 1.3 Classe energetica degli edifici 1.4 Conclusione 2 Strumenti di simulazione e di ottimizzazione 2.1 Simulazione Termica Dinamica (STD) 2.1.1 TRNSys Simulation Studio 2.1.2 TRNBuild 2.2 Ottimizzazione dei processi 2.2.1 GenOpt 2.2.2 Problemi di ottimizzazione 2.3 TRNSys & GenOpt 2.3.1 File di modello per GenOpt 2.3.2 File di progetto per GenOpt 3 L’housing sociale come caso studio 3.1 Inquadramento generale 3.1.1 Descrizione dell’involucro edilizio 3.1.2 Descrizione del sistema impiantistico 3.2 Modello TRNSYS 3.2.1 Zone termiche di progetto 3.2.2 TRNBuild & Type 56 3.2.3 Creazione del file TPF 3.3 Analisi dei fabbisogni energetici per la climatizzazione .. 3.3.1 Analisi dei risultati del piano F6 3.3.2 Analisi dei risultati del piano F5 3.3.3 Analisi dei risultati del piano F2 3.3.4 Confronto fabbisogni ambiente 3.4 Valutazione dei consumi energetici ai fini della classificazione delPedificio., 3.4.1 Consumo energetico per la produzione di ACS 3.4.2 Consumo energetico per la VMC 3.4.3 Consumi globali dell’edificio 3.4.4 Classe energetica deH’edificio 4 Ottimizzazione parametrica basata sulla simulazione 4.1 Identificazione dei parametri decisionali 4.1.1 Parametri indipendenti 4.1.2 Parametri dipendenti fra loro 4.2 Definizione della funzione obiettivo 1 (F0b-i) 4.2.1 Fob-i - consumo espresso in energia primaria (EP) 4.2.2 Fob-i - consumo espresso in costi energetici (€) 4.2.3 Fob-i - confronto fra i consumi espressi in EP e € 4.3 Definizione della funzione obiettivo 2 (Fob-2) 4.3.1 Fob-2 - consumo espresso in energia primaria (EP) 4.3.2 Fob-2 - consumo espresso in costi energetici (€) 4.3.3 Fob-2 - confronto fra i consumi espressi in EP e € 4.4 Definizione della funzione obiettivo 3 (Fob-3) 4.4.1 Fob-3 - consumo espresso in costi energetici (€) 4.5 Sintesi e conclusione sull’ottimizzazione 4.5.1 Valutazione dei consumi ai fini di classificazione dell’edificio ottimale energetico (OPTEP) 4.5.2 Valutazione economica dell’edificio ottimale dal punto di vista dei costi energetici (OPTCE) 5 Conclusione generale Indice delle figure Bibliografia
Bibliografia:	BIBLIOGRAFIA Synthèse du 5ieme rapport d’évaluation du Groupe d’expert intergouvememental sur l’évolution du climat (GIEC) ; résumé à l’intention des décideurs - Changements climatiques 2014. Jonathan Villot, Natacha Gondran et Valérie Laforest, « Les professionnels du bâtiment face aux enjeux énergétiques, une perspective limitée », VertigO - la revue électronique en sciences de l'environnement [En ligne], Volume 15 Numéro 3 \| 2015. Rapport Commission Energie 2050 - Chapitre 2. Le contexte énergétique mondial et européen. Synthesis Report of Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2014. Roberto Fedrizzi e Chiara Dipasquale - Ricerca coordinata dall’EURAC una panoramica sui consumi e le tipologie di edifici residenziali e adibiti a uffici presenti in Europa. Marco Filippi e Enrico Fabrizio - Introduzione generale alla simulazione termica dinamica degli edifìci. Edizione Delfino, 2011. Héloïse COUVERT & Jérôme SAVOYAT -Notice d’utilisation de TRNSys. Juillet 2009. Transient System Simulation program (TRNSYS), User Manual Version 16 - Solar Energy Laboratory of the University of Wisconsin-Madison and the Solar Energy Application Laboratory of the University of Colorado. Generic Optimization Program (GenOpt), User Manual Version 3.1.1. - Building Technologies Department of the University of California through Lawrence Berkeley National Laboratory - Simulation Research Group. Michael Kummert. Using genopt with trnsys 16 and type 56, 2007. Anh-Tuan. N., Sigrid R., Philippe R. - A review on simulation-based optimization methods applied to building performance analysis. Applied Energy, 2014. www.mathworks.it Global Optimization Toolbox. How the genetic algorithm works. I-Town - Italian Training qualification Workforce in building, luglio 2016-Modulo BA01/ Introduzione alla costruzione ad elevate prestazioni energetiche ed ambientali: definizione e caratteri principali. Convegno “Everything is going green”, maggio 2011 - Intervento del Prof. Marco Filippi, Vice Rettore Politecnico di Torino, sulla sostenibilità nell’Edilizia. L'analisi costi-benefici degli investimenti nell'efficienza energetica residenziale. Una ricerca di MCE. Mostra Convegno Expocomfort e l'Energy & Strategy Group del Politecnico di Milano individuano il payback degli interventi e lo scenario tecnologico a tre anni. Energy Performance of Buildings Directive recast (EPBD), 2010/31 /EU - Calculation of energy use for space heating and cooling (ISO 13790:2008). Energy Efficiency Directive 2012/27/EU of the European parliament and of the Council. Decreto Interministeriale - Requisiti Minimi 26/06/15. Allegato 1: Criteri generali e requisiti delle prestazioni energetiche degli edifici. Decreto Interministeriale - Linee guida 26/06/15. Allegato 1 : linee guida nazionali per l’attestazione della prestazione energetica degli edifici. UNI/TS 11300 parte 1 e 2, 10/14 - Specifica tecnica: prestazioni energetiche degli edifici.

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