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Energy and cost optimazationleadin n-SEB deisgn - a single family house in Piedmont Region

Yousefi, Rokhsareh

Energy and cost optimazationleadin n-SEB deisgn - a single family house in Piedmont Region.

Rel. Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2015

Abstract:

Building sector consumes about 1/3 of the global energy consumption. As a matter of fact, in Europe the building sector is responsible for more than 40% of the total primary energy consumption, and 36% of the C02 emissions. To avoid a further increase of these values, the European Union published a Communication analyzing the options for moving beyond a 20% reduction of energy consumption by 2020, promoting the use of renewable energy sources, and assessing the risk of "carbon leakage".

This strategy implemented by the Energy Efficiency Communication, which proposes mid and long-term objectives for the EU’s energy efficiency policy. In particular, it proposes a new energy efficiency target of 30% for 2030. With current measures, the EU will achieve energy savings of 18-19% by 2020, and to reach this 20% goal, it would be enough if all the member states only apply the agreed legislations without any need of additional measures. Also, the recast of “European Energy Performance of Building Directive" (EPBD) defined ambitious levels in two fundamental areas in order to reach the mentioned targets. The first aim is to spread nearly zero energy buildings (n-ZEBs) that are characterized by a very high energy performance (requiring almost zero or very low amount of energy) which will be largely covered by energy produced from renewable sources. The second aim is to identify cost-optimal levels of energy performance requirements for buildings.

The Commission Cost-Optimality Delegated Regulation (EC, 2012a) introduced a comparative framework methodology to determine a cost-optimal level of minimum energy performance of buildings and buildings elements. It establishes the necessity to take into account the global lifetime costs of buildings, and determining their future energy performance requirements. Furthermore, investment, operational, maintenance, disposal and energy saving costs of buildings will be considered. In this way, it is possible to evaluate the energy performance of the building, along with the financial aspects.

In order to follow the above mentioned regulations, a real single family house is chosen, located in Piedmont Region, Italy, to study and introduce different energy scenarios.

The aim of this study is using the cost optimal methodology as an evaluation tool at the primary stage of the project in order to identify different energetic configurations. In fact, the goals expected to achieve by the end of this study are reducing the required budget in the energy packages, initial investment, and energy consumption costs coming afterwards. The goal is to explore a common method that can be used as a support in the various decision-making processes, those emerge during the architectural design, technology choices, and energy scenarios.

In detail, different solutions with different initial investment cost values for envelope configurations and plant systems were selected, while the architectural aspects of the building remained with no change.

The chosen methodology follows different steps; the starting point consists in the energy evaluation by adopting different envelope configurations, which effects the energy demand. The envelope components are chosen to fulfill the energy performance requirement levels based on the building regulation of the city of Turin. The component’s U-transmittances are almost the same, but different in terms of internal mass. So it was for this reason that internal thermal comfort was analyzed.

Furthermore, the energy calcu for heating, cooling, lighting, and HVAC sywas assessed by using the software “EnergyPluh allows performnamic energy simulation.

Second step is evaof the financial performance, which is calculated by the gst methodology as a decision-making tool betferent energy scenarios. Finally, by comparing theinds os in a graph, the cost optimal level can be and further it helps to make an adequate design choialyzing the relationship between energy performances and costs, those are applied during theife cycle of the .

In order to confrobustness of results obtained from the cost optimal methodology, different sensitivity analysis are carried out by varying some effective inputs.

So, at the end the most convenient energy package will be chosen based on the best architectural aspects, and optimized energy and economic packages.

Relators: Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio
Publication type: Printed
Subjects: A Architettura > AD Green architecture
A Architettura > AO Design
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile
Classe di laurea: UNSPECIFIED
Aziende collaboratrici: UNSPECIFIED
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4086
Chapters:

Abstract

1 .EXECUTIVE SUMMARY

1.1. European Legislation

1.1.1. from EPBD to the EPBD Recast

1.1.2. Nearly Zero Energy Buildings (n-ZEBs)

1.2. National Legislation Background

1.2.1. Lgs.D.192/2005 to the National Guide Lines

1.2.2.M.D.26 June 2009

1.3. Energy Legislation of Piedmont Region

1.3.1. Transposition of National and European Directives in Piedmont Region

1.3.2. the Rules of R.L.13/2008

1.4. Active House

1.5. Cost-Optimal methodology

1.5.1. Sustainable Development

1.5.2. EPBD recast and Cost-Optimal

1.5.3. Global cost calculation

2. Establishment of Reference Building

2.1. General Frame Work

2.2. Photographic Survey

2.3. Architectural Design

3. Identification of Different Energy Scenarios

3.1. Energy Simulation With EnergyPlus

3.2. The Construction Pattern

3.3. Subdivision of Building Into Different Thermal Zones

3.4. Geometrical Model

3.5. The Basic Stratigraphy

3.6. The Natural Ventilation

3.7. The Set Points

3.8. The Internal Heat Gains

3.9. Domestic Hot Water Demand

4. Defining Project Assumptions

4.1. Assumptions at the Level of Envelope Configuration

4.1.1. Opaque Envelope

4.1.2. The Case Study's Stratigraphy

4.1.3. Glazing System Definition

4.2. Assumptions at the Level of Facilities Systems

4.3. The Requirements for Renewable Sources

4.4. Definition of the Designed Packages

4.5. Consumption in Detail

5. Economic Evaluation (Cost-Optimal Methodology)

5.1. General Data

5.2. Initial Investment Cost

5.2.1. Estimation of Analytic Parameters

5.2.1.1. Initial Investment Cost for Different Envelope Configurations

5.2.1.2. Initial Investment Cost for Different Plant Systems

5.3. Energy Cost

5.3.1. GAS Bill

5.3.2. Electricity Bill

5.3.3. Annual Energy Cost

5.4. Maintenance Cost

5.5. Replacement Cost

5.6. Residual Value

5.7. The Global Cost Calculation

6. Identification of Cost Optimal Level

6.1. Derivation of Cost-Optimal Level

6.2. Sensitivity Analysis

6.2.1. Discount Rate

6.2.2. Price Development Rate

6.2.3. Calculation Period

6.3. Results Evaluation Based in the Sensitivity Analysis

7. Internal Thermal Comfort

7.1. General Requirements

7.2. Evaluation of Microclimate Quality

7.3. the Adaptive Model, EN 12251/2007

7.4. the Adaptive Model, ASHRAE 55/2005

Conclusion

List of References

Appendix

Bibliography:

REFERES

BOOK

- Stefano Paolo Corgnati, “La procedura di certificazione energetica degli edifici in Piemonte, Guida Pratica”, Celid, Torino, febbraio 2010

- AICARR, “La certificazione e l’efficienza energetica del sistema edificio-impianto”, Fonte-Grafica, Monza 2006;

PAPER

- BPIE, “Implementing the cot optimal methodology in EU countries, lessons learned from three case studies”, march 2013.

- BPIE, “A guide to developing strategies for building energy renovation”, February 2013

- Gruppo di Ricerca TEBE, Politecnico di Torino, “Energy saving potentialities by retrofitting the European residential sector”, Dicembre 2012

- C.Becchio, E.Fabrizio, V.Monetti, “Livelli di prestazione energetica ottimali per edifici a ener-gia quasi zero: il caso di un edificio multifamiliare”, 67° Congresso Nazionale ATI - Trieste, Settembre 2012

- BPIE, “Energy efficiency policies in buildings - the use of financial instruments at member state level”, August 2012

- Agenzia delle Entrate, “Le agevolazioni fiscali per il risparmio energetico”, Agosto 2012

- Peter Sweatman, CEO and Founder, Climate Strategy and Partners, “Financing Mechanisms for Europe’s Buildings Renovation”, January 2012

- Gruppo di Ricerca TEBE, Politecnico di Torino, “Redazione dell’Allegato Energetico Ambienta-le tipo ai regolamenti Edilizi dei comuni della provincia di Torino”, Novembre 2010

- Comitato Termotecnico Italiano Energia e Ambiente, “Prestazione energetiche degli edifici, climatizzazione invernale e preparazione acqua calda per usi igienico-sanitari”, Novembre 2003

- Kim B. Wittchenn, K. E. Thomsen, “Introducing Cost Optimal Levels for energy Require-ments”, REHVA Journal,2012

- H. Ernhor, H.E. Klutting, “The Path towards 2020: Nearly Zero Energy Buildings”, REHVA Jour-nal, March 2012

- C. Becchio, E.Fabrizio. V. Monetti, M. Filippi, “Cost Optimal Level for Energy Requirements for Nearly-ZEB: Application to an Italian Reference Building for existing offices”, Clima 2013

- S.Paolo Corgnati, E. Fabrizio, M. Filippi, V. Monetti, “Reference Buildings for Cost Optimal Analysis: Method of definition and Application”, Applied energy 102, 2013

WEB SITE

- http://www.riqualificazioni.it/wordpress/intervento-efficace-o-intervento-ottimale-

metodoloqia-di-calcolo-del-cost-optimal-level/

- http://www.bpie.eu/cost optimal methodoloqy.html

- http://www.reqione.piemonte.it/ambiente/enerqia/piano.html

- http://www.reqione.piemonte.it/ambiente/enerqia/certificazione.html

- http://www.reqione.piemonte.it/ambiente/emerqia/relazione.html

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

- http://www.autorita.enerqia.it/it/index.htm

- http://efficienzaenerqetica.acs.enea.it/tecnici/trasmittanza termica sito v3.pdf

- http://www.casaenerqetica.it/info/tecnoloqia/materiali.html

- http://re.irc.ec.europa.eu/pvqis/apps4/pvest.php

- http://www.reqione.piemonte.it/oopp/prezzario

- http://www.provincia.bz.it/edilizia/price i.aspx

- http://www.aqenziaentrate.qov.it/wps/content/Nsilib/Nsi/Home/CosaDeviFare/Richi edere/Detrazione+riqualificazione+enerqetica+55/scheda+informativa+riqualificazi one+55

- http://www.qoverno.it/Governo/ConsiqlioMinistri/dettaqlio.asp?d=71338

- http://www.bpie.eu/buildinq envelope retrofittinq.html

- http://www.riqualificazioni.it

- http://efficienzaenerqetica.enea.it/

- http://www.casaenerqetica.it/info/tecnoloqia/materiali.html

- http://www.advancedbuildinqs.net/proiects-case-studies

- http://www.rockwool.it/

- http://activehouse.info/

THESIS

- V.Barthelmes, “Nearly zero energy building: Progettazione energetica orientate alla cost-optimality”, Politecnico di Torino, Torino, Feb 2014

- C.GIiglione, “Nearly zero energy building through energy and cost optimization”, Politecnico di Torino, Torino

EUROPEAN LEGISLATION

- European Directive 2002/91/CE 16 December 2002 on the energy performance in buildings (EPBD)

- European Directive2010/31/UE 19 May 2010 on the energy performance in the building sec-tor (EPBD recast)

- European Regulation (UE) n°244/2012 16.1.2012 in collaboration with the EPBD Recast

- C115/01, 19 April 2012, Directives with the Regulation (UE) n.244/2012 of16January 2012

NATIONAL LEGISLATION

- 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 nell’edilizia

- Legge 27 dicembre 2006 n. 296, Disposizioni per la formazione del bilancio annuale e plu-riennale dello Stato (Legge Finanziaria 2007)

- Decreto Legislativo del 29 dicembre 2006 n°311 .Disposizioni correttive e integrative al decre-to legislativol9 agosto 2005 n.192 recante attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell’edilizia

- Legge 24 Dicembre 2007 n. 244, Disposizioni per la formazione del bilancio annuale e plu-riennale dello Stato (Legge Finanziaria 2008)

- Decreto del ministero dello Sviluppo economico del 11 marzo 2008, Attuazione dell’articolo 1, comma 24, lettera a) della legge 24 dicembre 2007, n. 244, per la definizione dei valori li-mite di fabbisogno di energia primaria annuo e di trasmittanza termica ai fini dell’applicazione dei commi 344 e 345 dell’articolo 1 della legge 27 dicembre 2006, n. 296

- Decreto Legislativo del 30 maggio 2008 n°115, Attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa all’efficienzadegli 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 energeticadegli edifici

- Decreto del ministero dello Sviluppo economico del 26 gennaio 2010, Aggiornamento del de-creto 11 marzo 2008 in materia di riqualificazione energetica degli edifici

- Decreto Legge del 6 dicembre 2011 n. 201, Disposizioni urgenti per la crescita, l’equità’ e il consolidamento dei conti pubblici (Decreto Salva Italia)

- 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 Commis-sione europea

REGIONAL LEGISLATION

- Legge Regionale 7 ottobre 2002 n°23, Disposizioni in campo energetico. Procedure di forma-zione 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 nell’edilizia

- Deliberazione della Giunta Regionale 30 settembre 2008, n. 35-9702, Disposizioni attuative in materiadi impianti termici ai sensi deH’art. 21, comma 1, lettere h), i), j), k), I), m) ed o)

- Deliberazione della Giunta Regionale 4 agosto 2009, n. 43-11965, Disposizioni attuative in materia di certificazione energetica (¿egli edifici ai sensi dell’articolo 21, comma 1, lettere d), e) ed f)

- 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 risanamento e la tutela della qualità dell’aria - Stralcio di piano per il riscal-damento ambientale

NORMATIVES

- prEN 15459, Energy performance of buildings - Economie Evaluation procedure for energy systems in buildings, Maggio 2007

- UNI TS 11300 part 1, May 2008, Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale

- UNI TS 11300 part 2, May 2008, Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria Re-gionali

- UNI TS 11330 - Part 4 (May 2012):”Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di genera-zione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria.”

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

- Regolamento Edilizio della Città di Torino, approvato con la Deliberazione del Consiglio Co-munale in data 20 dicembre 2004, esecutivo dal 3 gennaio 2005 e successive modifiche

- Stralcio di Piano per il riscaldamento ambientale e il condizionamento, approvato con la De-liberazione del Consiglio Regionale n. 98-1247 del 11 gennaio 2007

- Relazione Programmatica sull’Energia, approvata dalla Deliberazione della Giunta Regionale n. 30-12221 del 28.09.2009

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

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