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Analisi energetica e multi-criteri per identificare le strategie di retrofit tra i campus universitari: applicazione al caso studio del PoliTo

Ciccarelli, Cecilia

Analisi energetica e multi-criteri per identificare le strategie di retrofit tra i campus universitari: applicazione al caso studio del PoliTo.

Rel. Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, Marta Bottero. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2017

Abstract:

L’obiettivo di questa tesi è la valutazione di otto scenari di retrofit (alternative), secondo quattro aree di specializzazione (criteri): ambientale, economico, tecnologico e sociale.

Questi scenari risultano dalla composizione di otto strategie di retrofit, pubblicati nel ISCNGULF [17] report, appartenenti alla dimensione “Energy and buildings”. L’obiettivo finale è il ranking delle alternative che tiene in considerazione il parere soggettivo di quattro esperti, rappresentanti delle quattro aree di specializzazione, per identificare le priorità di intervento.

Le analisi e l’identificazione di ranking sono state condotte eseguendo due analisi:

• Analisi energetica: utilizzo del Software per Audit Energetici Semplificati (SEAS),

per valuatare i consumi (energetici e teleriscaldamento)

• Analisi socio economica: attraverso l’impiego di un’Analisi Multi-Criteri (MCDA), per valutare le alternative per mezzo di benefici generati, in particolare nove.

Anzitutto, viene eseguita la diagnosi dell’edificio, costruendo un modello in SEAS (preintervento) in modo da individuarne i consumi energetici (elettrici e di teleriscaldamento).

Poi le misure di retrofit vengono simulate all’interno del software per individuare i consumi energetici post-intervento e, quindi, i risparmi di energia primaria, criterio che verrà poi valutato all’interno dell’analisi MCDA.

Successivamente viene eseguita l’Analisi Multi-Criteri, attraverso il metodo Technique for Order Preference by Similarity (TOPSIS). L’analisi prevede dapprima la valutazione delle otto strategie di retrofit e poi delle otto alternative. I prodotti finali di questa analisi saranno due ranking che individueranno le migliori soluzioni su cui investire in modo prioritario.

La sede principale del Politecnico di Torino, situata in Corso Duca degli Abruzzi, è composta da cinque edifici minori; uno di questi (TO_CEN 03 con codifica Archibus), in particolare quello che ospita l’androne di ingresso, il rettorato e gli uffici amministrativi, diventa il caso studio di questa tesi. Per questo motivo, la tesi si pone l’obiettivo di specificare dei ranking per capire quali siano le misure più efficaci e quelle meno opportune, in modo da comunicare al Politecnico come implementarle e quali effetti potrebbero generare. Le strategie di retrofit presentate nel report dell’ISCN e, valutate in questa tesi sono:

• EB_1: Installazione di un impianto fotovoltaico

• EB_2: Progetto PoliSAVE mirato al risparmio energetico

• EB_4: Sostituzione delle lampade obsolete con LED

• EB_5: HTeleriscaldamento per la produzione di Acqua Calda Sanitaria (ACS)

• EB_6: Promozione di una “Casa dell’acqua”

• EB_9: Sostituzione degli infissi con tipologie a elevata efficienza energetica

• EB_12: Promozione della campagna “M’illumino di meno”

• EB_13: Variazione della temperatura di set-point, da 20 °C a 19 °C, durante il periodo invernale.

Il primo step, nel capitolo 4, inizia con la raccolta dei dati relativi al caso studio, la consultazione delle piante architettoniche e dei dati tecnici dell’involucro.

Il secondo step, nel medesimo capitolo, è la simulazione energetica dell’edificio oggetto di studio attraverso il software SEAS.

Il terzo step, nel capitolo 5, è la descrizione delle misure di retrofit da analizzare.

Il quarto step, nel capitolo 6, è l’analisi MCDA attraverso l’impiego del metodo TOPSIS con la descrizione delle misure di retrofit e dei criteri con i quali condurre l’analisi e formulare un ranking.

Il quinto step, nel capitolo 7, è l’Analisi Multi-Criteri delle otto alternative che risultano dalla composizione di tre misure di retrofit per volta. I criteri utilizzati per valutare le alternative, suddivisi in sotto-criteri, appartengono a quattro aree di specializzazione: ambientale,

economica, tecnologica e sociale. Due tipologie di ranking sono il prodotto finale di questa tesi: il primo che tiene in considerazione le misure di retrofit e il secondo le alternative. Dai risultati si evince la persistenza nei ranking delle medesime soluzioni, considerate migliori,

per tutti gli esperti coinvolti. L’alternativa migliore è data dalla composizione di tre misure:

• EB_4: Sostituzione delle lampade obsolete con LED

• EB_9: Sostituzione degli infissi con tipologie a elevata efficienza energetica

• EB_13: Variazione della temperatura di set-point, da 20 °C a 19 °C, durante il periodo invernale.

Questa alternativa è la risultante di due tecnologie, EB_4 e EB_9, che producono consistenti risultati in termini di diminuzione di consumi primari e di risparmi energetici.

Un altro sviluppo potrebbe essere l’impiego di un’Analisi Multi-Criteri per valutare le altre misure di retrofit individuate dalle altre dimensioni che il Politecnico intende perseguire.

Per ulteriori informazioni contattare:

Cecilia Ciccarelli, ciccarelli.cecilia@gmail.com

Relatori: Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, Marta Bottero
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: A Architettura > AD Bioarchitettura
A Architettura > AL Edifici e attrezzature per l'istruzione, la ricerca scientifica, l'informazione
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/6234
Capitoli:

INDEX

ABSTRACT

1. INTRODUCTION

1.1 The sustainable development

1.2 Sustainability in the University campuses

1.2.1 Why implementing sustainable education in the university campuses

1.2.2 Sustainable universities initiatives in the international and national environment

1.3 Thesis aim

2. METHODOLOGY

2.1 Assessment tools

2.1.1 Energy approach: Simplified Energy Audit Software (SEAS)

2.1.2 Economic-financial approach: Technique for Order of Preference by Similarity 26 to Ideal Solution (TOPSIS)

2.2 The implementation of the two assessments in the thesis

3. THE CASE STUDY: POLITECNICO Dl TORINO

3.1 Overview of the Politecnico and the campuses in Torino

3.2 Corso Duca degli Abruzzi headquarter as case study

3.2.1 The representative quarter: TO_CEN 03

3.3 ISCN-GULF Sustainable Campus Charter Report 2015: Politecnico di Torino

3.4 Retrofit strategies to try, using the two assessments

4. ENERGY AUDIT AND MODEL CONSTRUCTION IN SEAS

4.1 Section of data and geographical context

4.2 Section of the building envelope

4.2.1 Building's thermal zones

4.2.2 Usage profile

4.2.3 Dispersion for transmission

4.2.4 Ventilation and internal gains

4.2.5 Envelope building results

4.3 Section of plants

4.3.1 Emission

4.3.2 Regulation

4.3.3 Heating distribution

4.3.4 Domestic hot water distribution (DHW)

4.3.5 Heating generation

4.3.6 Primary air generation

4.3.7 Audit result

4.4 Section of energy billings

5. DEFINITION OF RETROFIT SCENARIOS AND ENERGY SAVING EVALUATION THROUGH SIMULATION IN SEAS

5.1 Retrofit strategies proposal

5.2 Description of the strategies results

5.2.1 Photovoltaic plants

5.2.2 PoliSAVE

5.2.3 LED

5.2.4 District heating

5.2.5 Efficient windows

5.2.6 M'illumino di meno

5.2.7 Set-point temperature variation

5.3 Energy savings obtained post-intervention

5.4 Combination of the analysed strategies into alternative retrofit scenarios

6. MULTI CRITERIA DECISION ANALYSIS APPLIED TO THE POLITECNICO CASE STUDY - RANKING OF THE RETROFIT STRATEGIES

6.1 Selection of criteria, following four areas of competence

6.2 Evaluation of the selected alternatives according to criteria

6.2.1 Environmental evaluation

6.2.2 Economic evaluation

6.2.3 Technical evaluation

6.2.4 Social evaluation

6.3 Creation of the alternatives' matrix

6.3.1 Normalisation of the data obtained

6.4 Swing method: calculation of the weight for each criterion

6.5 Calculation of weighted evaluation matrix 

6.6 Identification of the Ideal and Negative Solutions

6.7 Definition of rankings according to the areas of competence

7. MULTI CRITERIA DECISION ANALYSIS APPLIED TO THE POLITECNICO CASE STUDY - RANKING OF THE ALTERNATIVES

7.1 Identification of alternatives

7.2 Environmental evaluation

7.3 Economic evaluation

7.4 Technical evaluation

7.5 Social evaluation

7.6 Creation of the alternatives'matrix

7.7 Definition of rankings according to the areas of competence

8. CONCLUSIONS AND FUTURE DEVELOPMENTS

ATTACHMENTS

Attachment 1

Attachment 2

Attachment 3

Attachment 4

REFERENCES

BIBLIOGRAPHY

SITOGRAPHY

Bibliografia:

Habib M. Alshuwaikhat, Ismaila Abubakar, An integrated approach to achieving campus sustainability: assessment of the current campus environmental management practices, Journal of Cleaner Production, 16 (2008) 1777-1785.

Susan Baker, Sustainable Development, first edition, London & New York Routledge, 2006.

Henri Barki and Jon Hartwick, Measuring User Participation, User Involvement, and User Attitude, Management Information Systems Research Center, University of Minnesota, MIS Quarterly, Vol. 18, No. 1 (Mar., 1994), pp. 59-82.

Matthias Barth, Marco Rieckmann, Academic staff development as a catalyst for curriculum change towards education for sustainable development: an output perspective, Journal of Social Science, Vol. 7, No.1, pp. 13-23,2011.

SJ. Chen, C.L. Hwang, Fuzzy Multiple Attribute Decision Making: Methods and Applications, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1992.

Cristina Becchio, Marta Carla Bottero, Stefano Paolo Corgnati, Federico Dell'Anna, AMCDA-based approach for evaluating alternative requalification strategies for a Net-Zero Energy District, Journal of Springer International Publishing Switzerland, 10 (2017) 189-211.

V. Belton, T. Stewart, Multiple Criteria Decision Analysis: An Integrated Approach, Springer US, 2002.

Climate change: how do we know? 2016. Available online at: https://climate.nasa.gov/evidence/

Luca Chiaravaglio, Marco Mellia, PoliSAVE: Efficient Power Management of Campus PCs, Politecnico di Torino.

Tim Cooper, Beyond recycling, the longer life option, The new economics foundation, 1994.

Club of Rome, The limits to growth, Universe books, 1972.

D.P.R. del 2 Aprile 2009 n.59, Metodologie di calcolo e i requisiti minimi per la prestazione energetica degli edifìci e degli impianti termici, Ministero dello Sviluppo Economico, 2009.

D.M. Requisiti minimi, Adeguamento linee guida nazionali perla certificazione energetica degli edifici, Ministero dello Sviluppo Economico, 2015.

Decreto legislativo 3 marzo 2011, n. 28, Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell'uso dell'energia da fonti rinnovabili, 2011.

Eindhoven University of Technology, ISCNGULF Sustainable Campus Charter Report 2013. Available online at: https://www.international-sustainable-campus-network.org/ membership-directory/240-eindhoven-university-of-technology/292-eindhoven-university-of-technology

J. Figueira, S. Greco, M. Ehrogott, Multiple Criteria Decision Analysis: State of the Art Surveys, Springer Science+Business Media New York, 2016.

C.L. Hwang, C.-L., Yoon, Kwangsun, Multiple attribute decision making: Methods and Applications A State of the Art Survey, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1981.

ISO/DIS 18523-1, Energy performance of buildings - Schedule and condition of buildings, zone and room usage for energy calculation, part 1 - non residential buildings, 2016.

C. Kahraman, S. Cevik, N.Y. Ates, M. Gulbay, Fuzzy multi criteria evaluation of industrial robotic systems, Journal of Computers & Industrial Engineering, 52 (2007) 414-433.

Roberta Lami, Definition of a model of energy planning for sustainable diffuse university campus, Evaluation of existing models and application to a case study, Tesi magistrale, Politecnico di Torino, 2016.

IREN Energia, Impianto di integrazione e riserva - Politecnico. Available online at: www.irenenergia.it

Massachussets Institute of Technology, ISCN_GULF Sustainable Campus Charter Report 2010/11. Available online at: https://www.international-sustainable-campus-network.org/membership-directory/254-massachusetts-institute-of-technology/307-massachusetts-institute-of-technology

NASA, Technology Readiness Level, 2012. Available online at: https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/engineering/technology/txt_accordionl.html.

Politecnico di Milano, ISCN_GULF Sustainable Campus Politecnico di Torino, Annuario: anni accademici978-79, 1979-80, 1980-81, Editrice Celid-Torino, 1982.

Politecnico di Milano, ISCN_GULF Sustainable Campus Charter Report 2014. Available online at: https://www.international-sustainable-campus-network.org/membership-directory/261-politecnico-di-milano/314-politecnico-di-milano

Politecnico di Torino, Sustainability report, 2016. Available online at: http://www.campus-sostenibile.polito.it/content/download/468/2400/file/REPORT_LOW.pdf

Politecnico di Torino, ISCN-GULF Sustainable Campus Charter Report 2015,2015 Available online: http://www.campus-sostenibile.polito.it/it/content/download/220/1162/file/Politecnico2014JSCN-GULFSustainableCampusCharterReport.pdf

Regione Piemonte, Prezzi di riferimento per Opere e Lavori Pubblici nella Regione Piemonte, 2016.

Giuseppe Maria Pugno, Storia del Politecnico di Torino, 1959.

A. Sarkar, A TOPSIS method to evaluate the technologies, Journal of Quality & Reliability Management, Vol.31 Issue: 1, pp. 2-13. Available online at: http://www.emeraldinsight.eom/doi/abs/10.1108/IJ QRM-03-2013-0042

Giulia Sonetti, Evaluating and Managing the Energy Transition Towards Truly Sustainable University Campuses, Doctoral Thesis, Politecnico di Torino, 2016.

D. Testi, E. Schito, E. Menchetti, P. Conti, D. Della Vista, G. Pellegrini, E. Tiberi, W. Grassi, P. Signoretti, G. Fasano, II software SEAS per le diagnosi energetiche: interventi di assistenza e formazione e sviluppo di un modello semplificato per gli edifici ad uso residenziale, Report Rds/PAR 2014/068, ENEA, 2015.

Albert T., Measuring technology maturity, Operationalizing information from Patents, 2016, XXIX, 311 p.86.

Time for change, Plastic bags and plastic bottles - C02 emissions during their lifetime, 2010. Available online at: http://timeforchange.org/plastic-bags-and-plastic-bottles-C02-emissions

Maria Rosa Trovato, Economia applicata all'ingegneria, McGraw-Hill Education, 2015.

Andrea di Turi, Jeffrey Sachs: "E' l'era dello sviluppo sostenibile", 2016. Available at: https://www.avvenire.it/economia/pagine/lera-dello-sviluppo-sosteni-bile-

U.S. Environmental Protection Agency, Climate change indicators in the United States, 2016, fourth edition. EPA 430-R-16-004. Available online at: www.epa.gov/climate-indicators.

UNI 10339, Air-conditioning systems for thermal comfort in buildings - General, classification and requirements - Offer, order and supply specifications, June 1995.

U NI EN 832, Prestazione termica degli edifici: Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento, Ente Nazionale Italiano di Unificazione, Milano, 2001.

UNI EN 12464, Luce e illuminazione - Illuminazione dei posti di lavoro, 2011.

UNI EN ISO 6946, Componenti ed elementi per edilizia. Resistenza termica e trasmittanza termica. Metodo di calcolo, 2008.

UNI/TS 11300-1, Prestazioni energetiche degli edifici: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale, Ente Nazionale Italiano di Unificazione, Milano, 2008.

UNI/TS 11300-2, Prestazioni energetiche degli edifici: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale, per la produzione di acqua calda sanitaria, per la ventilazione e per l'illuminazione in edifici non residenziali, Ente Nazionale Italiano di Unificazione, Milano, 2014.

UNI/TS 11300-4, Prestazioni energetiche degli edifici: Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria, Ente Nazionale Italiano di Unificazione, Milano, 2014.

United Nations Sustainable Development, United Nations Conference on Environment & Development, Agenda 21, Rio de Janeiro Brazil, 1992.

United Nations World Commission on Environment and Development, Our Common Future, Chapter 2: Towards Sustainable Development, 1987.

Luis Velazquez, Nora Munguia, Alberto Platt, Jorge Taddei, Sustainable university: what can be the matter?, Journal of Cleaner Production, 14 (2006) 810-819.

M. Velasquez, P.T. Hester, An Analysis of Multi-Criteria Decision Making Methods, Journal of Operations Research, 10 (2013) 56-66.

Hans van Weenen, Towards a vision of a sustainable university, International Journal of Sustainability in Higher Education, Vol.1, Issue 1,2000. Available online: http://www.emeraldinsight.com/journal/ijshe?expanded=undefined

K. P.-Yoon, C.L. Hwang, Multiple attribute decision making: An Introduction, first ed., SAGE Publications, 1995.

SITOGRAPHY

The website of International Sustainable Campus Network (ISCN). Available online at: http://www.international-sustainable-campus-network.org/

The website of Lifegate, Anidride carbonica: come la C02 causa l'effetto serra, 2010. Available online at: https://www.lifegate.it/persone/news/ecco_come_l_anidride_carbonica_riscalda_la_terra1

The website of Ministero dell'ambiente, "Cos'è la carbon footprint", 2015. Available online at: http://www.minambiente.it/pagina/cose-la-carbon-footprint

The website of Politecnico di Torino, Campus Sostenibile. Available at: http://www.campus-sostenibile.polito.it/it/

The website of Statistical Design Institute Available online at: http://www.stat-design.com/Software/TOPSIS.html

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