polito.it
Politecnico di Torino (logo)

La forma urbana e il consumo di energia per riscaldamento degli edifici residenziali : il caso studio di Settimo torinese

Repice, Marta

La forma urbana e il consumo di energia per riscaldamento degli edifici residenziali : il caso studio di Settimo torinese.

Rel. Guglielmina Mutani. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2016

This is the latest version of this item.

Abstract:

Il fine di questo studio consiste nell’analizzare in che modo il consumo energetico a scala urbana sia influenzato non solo dalle caratteristiche proprie degli edifici (quali soluzioni tecnologiche, tipologie impiantistiche o di forma, etc.) ma anche da una componente esterna determinata dal contesto stesso. Dunque il suddetto studio, prendendo in considerazione entrambe le componenti, è utile per poter descrivere il consumo urbano come un’equazione […]. Considerando noto il consumo energetico di un edificio, ci si pone quindi l’obiettivo di determinare e quantificare la variazione del consumo energetico urbano al solo variare dei parametri che caratterizzano il contesto urbano. Con questo fine, attraverso un’analisi degli studi condotti in merito dalla metà degli anni ‘90 ad oggi, si sono individuati i parametri morfologici che maggiormente influiscono sulla variazione dei consumi urbani e che quindi vanno a determinare il valore di f [kWh] […]. E’ stato possibile identificare un rapporto tra alcuni di essi, in modo da poter definire la funzione del consumo energetico del contesto urbano f [kWh] CONTESTO URBANO come Global Urban Morphology and Solar Factors (GUMS), al cui interno sussiste un rapporto di reciproca dipendenza tra due fattori statistici: uno inerente alla morfologia urbana (UM), ed uno all’aspetto solare (S). Al fine di poter dimostrare questa ipotesi, ci si è serviti di un software di analisi energetica in grado di effettuare una simulazione a scala urbana, “CitySim”. I dati relativi ai singoli edifici sono stati ottenuti dal sistema informativo geografico GIS e, confrontando i volumi riscaldati forniti dal gruppo PIANETA - GLOBAL con il volume netto ottenuto da GIS, è stata fatta una prima “cernita” degli edifici con un volume riscaldato congruo. I risultati di questo studio mostrano che il consumo di energia del singolo edificio dipende dalle caratteristiche costruttive fisiche ( il livello di isolamento termico, la compattezza, l’efficienza energetica del sistema etc.) e da alcune variabili morfologiche urbane, come la densità urbana, la vicinanza degli edifici, il loro orientamento principale e dai materiali delle superfici esterne (albedo). Questa conclusione può sostenere urbanisti nella definizione spaziale delle nuove aree urbane evitando maggior consumo energetico dell’edificio, livelli di qualità dell’aria più bassi e più in generale per migliorare la vivibilità degli spazi urbani. Inoltre, questi risultati possono essere considerati come una misura “preliminare” di risparmio energetico a costo zero.

Relators: Guglielmina Mutani
Publication type: Printed
Subjects: G Geografia, Antropologia e Luoghi geografici > GG Piemonte
S Scienze e Scienze Applicate > SH Fisica tecnica
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/4684
Chapters:

ABSTRACT

1 . OBIETTIVI: Valutazione del consumo di energia e forma urbana

2 . PROBLEMATICHE LEGATE AI CONTESTI URBANI E IL RISPARMIO ENERGETICO

2.1. La questione ambientale ed energetica

2.2. Il fenomeno dell’isola di calore

2.3. Il quadro normativo italiano in merito al risparmio energetico

3 . STATO DELLA RTE

3.1. Studi su consumo energetico e forma urbana

3.2. Modelli per la valutazione del fabbisogno energetico

3.2.1. Approccio top-down

3.2.2. Approccio bottom-up

3.2.3. Modelli ibridi

3.4. Strumenti per la sostenibilità energetica a scala urbana

4 . FATTORI CHE INCIDONO SUL CONSUMO

ENERGETICO DI QUARTIERE

1.1. Global Urban Morphology and Solar Factors

2 . CASO STUDIO

2.1. Settimo Torinese

2.2. Confronto dei dati GIS con i dati del teleriscaldamento

2.3. Calcolo delle variabili urbanistiche

2.3.1. Building density

2.3.2. Fattore di forma

2.3.3. Altezza media di quartiere

2.3.4. Building coverage ratio

2.3.5. Aspect ratio

2.3.6. Solar exposure

2.3.7. Principale orientamento delle strade

2.3.8. Albedo delle superfìci esterne

2.4. Analisi della correlazione tra consumo e parametri mofologici

2.5. Creazione del modello per il calcolo dei consumi su CitySim

2.5.1. Dati climatici

2.6. Confronto tra consumi reali e consumi simulati con CitySim

2.7. Calcolo della correlazione tra fattori di morfologia urbana e consumo energetico degli edifici

2.7.1. Modifica del Building Coverage Ratio

2.7.2. Modifica dell’ Aspect Ratio

2.7.3. Modifica del Main Orientation of the Streets

2.7.4. Modifica dell'Albedo

6. ANALISI DEI RISULTATI

6.1. Calcolo dei consumi in funzione del fattore BCR

6.2. Calcolo dei consumi in funzione del fattore H/W

6.3. Calcolo dei consumi in funzione del fattore H/H

6.4. Calcolo dei consumi in funzione del fattore MOS

6.5. Calcolo dei consumi in funzione del fattore A

7. CONCLUSIONI

BIBLIOGRAFIA

SITOGRAFIA

APPENDICE

Procedure di calcolo delle caratteristiche degli edifìci in ArcGis

Procedure di calcolo dei fattori di morfologia urbana in ArcGis

Bibliography:

ANDERSON W. P., KANAROGLOU P. S., MILLER E. J" Urban Form, Energy and the Environment: A Review of Issues, Evidence and Policy, " Urban Studies ", 1996, vol. 33 pp. 7 - 35;

BAKER N., STEEMERS K., LT Method 3.0 - a strategic energy-design tool for Southern Europe, " Energy and Buildings ", 1996, vol. 23 pp. 251 - 256;

BOEHM P., BERGER M., MASSIER T., Estimating the building based energy consumption as an anthropogenic contribution to urban heat islands, " Sustainable Cities and Society ", 2015;

BURMAN E" DEJAN MUMOVIC D" KIMPIAN ]., Towards measurement and verification of energy performance under the framework of the European directive for energy performance of buildings, " Energy ", 2014, vol. 77 pp. 153 - 163;

CHEN S., CHEN B" Urban energy consumption: Different insights from energy flow analysis, input - output analysis and ecological network analysis, " Applied Energy", 2015, vol. 138 pp. 99 - 107;

CHENG V., STEEMERS K" MONTAVON M" COMPAGNON R" Urban Form, Density and Solar Potential, " Conference on Passive and Low Energy Architecture PLEA2006, Geneve, Switzerland ", 2006;

CHEN X., WANG L" TONG L" SUN S., YUE X., YIN S., ZHENG L., Mode

selection of Chinas urban heating and its potential for reducing energy consumption and C02 emission, " Energy Policy ", 2014, vol. 67 pp. 756 - 764;

CHEN Y., LI X., ZHENG Y., GUAN Y" LIU X., Estimating the relationship between urban forms and energy consumption: A case study in the Pearl River Delta, 2005-2008, " Landscape and Urban Planning " , 2011 vol. 102 pp. 33 - 42;

CHUNG W" Review of building energy-use performance benchmarking methodologies, " Applied Energy ", 2011, vol. 88 pp. 1470 - 1479;

DELMASTRO C" MUTANI G., SCHRANZ L., Urban energy planning: a gis - based model for the evaluation of buildings energy consumption and for the optimization of district heating networks, " VIII Congresso Nazionale AIGE ", 2014;

DELMASTRO C., MUTANI G" SCHRANZ L" The evaluation of buildings energy consumption and the optimization of district heating networks: a GIS - based model, " Springer ", 2015, pp. 1 - 9;

ESTIRI H., Building and household X-factors and energy consumption at the residential sector. A structural equation analysis of the effects of household and building characteristics on the annual energy consumption of US residential buildings, " Energy Economics ", 2014, vol. 43 pp. 178 - 184;

EWING R., RONG E, The impact of urban form on U.S. residential energy use, " Housing Policy Debate " , 2010, vol. 19 pp. 1 -30;

FANG C., WANG S., LI G., Changing urban forms and carbon dioxide emissions in China: A case study of 30 provincial capital cities, " Applied Energy ", 2015, vol. 158 pp. 519-531;

FARRELL W. J. , CAVELLIN L.D., WEICHENTHAL S., GOLDBERG M" HATZOPOULOU M., Capturing the urban canyon effect on particle number concentrations across a large road network using spatial analysis tools, " Building and Environment ", 2015, vol. 92 pp. 328 - 334;

FILIPPIN C., RICARD F., LARSEN S., Evaluation of heating energy consumption patterns in the residential building sector using stepwise selection and multivariate analysis, "Energy and Buildings ", 2013, vol. 66 pp. 571 - 581;

FUMO N., BISWAS M.A., Regression analysis for prediction of residential energy consumption, " Renewable and Sustainable Energy Reviews ", 2015, vol. 4 pp. 332 - 343;

FUNG A. S., AYDINALP M" UGURSAL V. I., FARAHBAKHSH H. , A residential end-use energy consumption model for Canada, "International Journal of Energy Research ", 1998, vol. 22 (13) pp. 1133 -1143;

FUTCHER J.A., MILLS G., The role of urban form as an energy management parameter, " Energy Policy ", 2013, vol. 53 pp. 218 - 228;

GONZALEZ-GIL A., PALACIN R" BATTY P., POWELL J.P. , A systems

approach to reduce urban rail energy consumption, " Energy Conversion and Management ", 2014, pp. 509 - 524;

HOLDEN E" NORLAND I. T., Three Challenges for the Compact City as a Sustainable Urban Form: Household Consumption of Energy and Transport in Eight Residential Areas in the Greater Oslo Region, " Urban Studies ", 2005, vol. 42 pp. 2145-2166;

HUI S. C. M., Low energy building design in high density urban cities, " Renewable Energy", 2001, pp. 627-640;

KAVGIC M" MAVROGIANNI A., MUMOVIC D" SUMMERFIELD A., STEVANOVIC Z" DJUROVIC-PETROVIC M" A review of bottom-up building stock models for energy consumption in the residential sector, " Building and Environment ", 2010, vol. 45 pp. 1683 - 1697;

LEE S., LEE B., The influence of urban form on GHG emissions in the U.S. household sector, " Energy Policy ", 2014, vol. 68 pp. 534 - 549;

LIANG S., Narrowband to broadband conversions of land surface albedo: I. Algorithms, "Remote Sensing of Environment ", 2000, vol.76 pp. 213-238;

LIANG S., SHUEY C" RUSS A., FANG H" CHEN M" WALTHALL C" DAUGHTRY C., HUNT R., Narrowband to broadband conversions of land surface albedo: II. Validation, "Remote Sensing of Environment ", 2002, vol.84 pp. 25-41;

LUO Q., YANG L., LIU N., XIA J., Comparative study on thermal environment and energy consumption of urban residential houses in Beijing, " Procedia Engineering ", 2015, vol. 121 pp. 2141 - 2148;

MA J" LIU L., SU B" XIE B., Exploring the critical factors and appropriate polices for reducing energy consumption of China's urban civil building sector, " Journal of Cleaner Production ", 2015, vol. 103 pp. 446 - 454;

MARIQUE A., DUJARDIN S., TELLER J. , REITER S., School commuting: the relationship between energy consumption and urban form, " Journal of Transport Geography ", 2013, vol. 26 pp. 1 - 11;

MARSHALL J. D., " Energy efficient urban form. Reducing urban sprawl could play an important role in addressing climate change, " Environmental Science 8c Technology ", 2008, pp. 3133 - 3137;

MINDALI O., RAVEH A., SALOMON I., Urban density and energy consumption: a new look at old statistics, " Transportation Research ", 2004, pp.143-162;

MORILLE B., MUSY M., MALYS L" Preliminary study of the impact of urban greenery types on energy consumption of building at a district scale: Academic study on a canyon street in Nantes (France) weather conditions, " Energy and Buildings ", 2015;

MUTANI G., PAIRONA M" Un modello per valutare il consumo energetico per la climatizzazione in Torino, " L'Ufficio Tecnico ", 2014, pp. 21 - 36;

MUTANI G., VICENTINI G., Analisi del fabbisogno di energia termica degli edifici con software geografico libero. Il caso studio di Torino, "La Termotecnica ", 2013, pp.63 -67;

MUTANI G., VICENTINI G., DELMASTRO C., PASTORELLI M" Energy consumption and urban morphology, " International Conference on Renewable Energy Research and Applications ICRERA-2015 ", 2015;

MUTANI G., VICENTINI G" DELMASTRO C., SCHRANZ L" Building energy assessment and urban form, " 9° Congresso Nazionale AIGE ", 2015;

NAULT E., PERONATO G" REY E., ANDERSEN M., Review and critical analysis of early - design phase evaluation metrics for the solar potential of neighborhood designs, " Building and Environment ", 2015, vol. 92 pp. 679 - 691;

NOUVEL R" MASTRUCCI A., LEOPOLD U" BAUME O., COORS V., EI- CKER U., Combining GIS-based statistical and engineering urban heat consumption models: Towards a new framework for multi - scale policy support, " Energy and Buildings ", 2015, vol.107 pp. 204 - 212;

OKEIL A., A holistic approach to energy efficient building forms, " Energy and Buildings ", 2010, pp. 1437 - 1444;

QUAN S.J., ECONOMOU A., GRASL T" YANG P. P., Computing energy performance of building density, shape and typology in urban context. The 6th international conference on applied energy - ICAE2014, " Energy Procedia ", 2014, pp. 1602 - 1605;

RATTI C., BAKER N" STEEMERS K" Energy consumption and urban texture, " Energy and Buildings ", 2005, pp. 762 - 776;

RATTI C., RAYDAN D., STEEMERS K., Building form and environmental performance: archetypes, analysis and an arid climate, " Energy and Buildings ", 2003, pp. 49 - 59;

RODE P., KEIM C" ROBAZZA G" VIEJO P., SCHOFIELD Cities and energy: urban morphology and residential heat-energy demand, " Environment and Planning B: Planning and Design 2014 ", vol. 41 pp. 138 - 162;

. SALAT S., Cities and Forms: On Sustainable Urbanism, " CSTB Urban Morphology Laboratory ", 2011, pp.115 - 210, 461 - 66, 483 - 506;

STEEMERS K., Energy and the city: density, buildings and transport, " Energy and Buildings ", 2003, pp. 3 - 14;

TAHA H" SAILOR D., AKBARI H.M., High-Albedo Materials for Reducing Building Cooling Energy Use, 1992, pp. 1 - 75;

TOUCHAEI A. G., HOSSEINI M., AKBARI H., Energy savings potentials of commercial buildings by urban heat island reduction strategies in Montreal (Canada), " Energy and Buildings ", 2015, vol. 110 pp. 41 - 48;

WIEDENHOFER D" LENZEN M" STEINBERGER J.K., Energy requirements of consumption: Urban form, climatic and socio -economic factors, rebounds and their policy implications, " Energy Policy ", 2013, vol. 63 pp. 696 - 707;

WILSON B., Urban form and residential electricity consumption: Evidence from Illinois, USA, " Landscape and Urban Planning ", 2013, vol. 115 pp. 62 - 71;

WONG N.H., JUSUF S.K., SYAFII N.I., CHEN Y" HAJADI N" SATHYA- NARAYANAN H., MANICKAVASAGAM Y.V., Evaluation of the impact of the surrounding urban morphology on building energy consumption, " Solar Energy " , 2011, vol. 85 pp. 57-71;

XIA X., HU Y., CHEN G.Q., ALSAEDI A., HAYAT T., WU X.D., Vertical specialization, global trade and energy consumption for an urban economy: A value added export perspective for Beijing, " Ecological Modelling ", 2014;

YANG P.P., Energy resilient urban form: a design perspective, " Energy Procedia ", 2015, vol. 75 pp. 2922 - 2927;

YE H" HE X., SONG Y" LI X., ZHANG G" LIN T" XIAO L., A sustainable urban form: The challenges of compactness from the viewpoint of energy consumption and carbon emission, " Energy and Buildings ", 2015, pp. 90 - 98;

YIN Y" MIZOKAMI S., MARUYAMA T. , An analysis of the influence of

urban form on energy consumption by individual consumption behaviors from a microeconomic viewpoint, " Energy Policy " , 2013, vol. 60 pp. 909 - 919;

YIN Y., MIZOKAMI S., AIKAWA K" Compact development and energy consumption; Scenario analysis of urban structures based on behavior simulation, " Applied Energy ", 2015, vol. 159 pp. 449 - 457;

ZHANG Y" ZHENG H., YANG Z" LI J" YIN X., LIU G., SU M" Analysis of urban energy consumption in carbon metabolic processes and its structural attributes: a case study for Beijing, " Journal of Cleaner Production ", 2014, vol. 103 pp. 884 - 897;

ZHOU Y" LIU Y., WU W., LI Y., Effects of rural - urban development transformation on energy consumption and C02 emissions: A regional analysis in China, " Renewable and Sustainable Energy Reviews ", 2015, vol. 52 pp. 863 - 875.

SITOGRAFIA

https://www.arcgis.com/features/ ;

http://architecture.brookes.ac.uk/research/lowcarbonbuilding/mapping-oxford.html

https://www.arpa.piemonte.gov.it ;

http://www.envi-met.com. ;

http://www.findlatitudeandlongitude.eom/batch-geocode/#.VrnLBTZbTtJ ;

http://www.geoportale.piemonte.it/cms/ ;

http://www.gim-international.com/content/article/home-energy-assessment-technologies;

http://home.arcor.de/gosol/gosol.html ;

http://www.kaemco.ch ;

http://ktlabo.cm.kyushu-u.ac.jp/e/index.html. ;

http://www.regione.piemonte.it/ambiente/aria/rilev/ariaday/annali/meteorologici ;

http://www.sciencedirect.com ;

http://siteresources.worldbank.org/INTURBANDEVELOPMENT/Resources/336387-1256566800920/6505269-1268260567624/Keirstead.pdf ;

http://www.townscope.com ;

http://www.urbanclimate.net/rayman/index.html.

Modify record (reserved for operators) Modify record (reserved for operators)