polito.it
Politecnico di Torino (logo)

Energia e comfort nella progettazione di una residenza monofamiliare a Dezhou in Cina : competizione internazionale Solar Decathlon China 2018 per studenti

Durando, Ilaria

Energia e comfort nella progettazione di una residenza monofamiliare a Dezhou in Cina : competizione internazionale Solar Decathlon China 2018 per studenti.

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

Abstract:

Con l'arrivo del XXI secolo, la crescita della società e dell'economia ha provocato un aumento del consumo energetico. Per i benefici e la sopravvivenza delle generazioni future, i consumi di energia da parte dell'edilizia dovranno tendere ad un modello di produzione sostenibile. Per dimostrare al pubblico la comodità e il risparmio che si può ricavare da edifici che combinano la costruzione, il design, gli elettrodomestici a basso consumo energetico con la produzione di energia rinnovabile in loco, dal 2002 viene sponsorizzato dal Dipartimento di Energia degli Stati Uniti il Solar Decathlon, una competizione scientifica a cui partecipano le migliori università internazionali, che si sfidano a progettare e a costruire case alimentate da energia solare. Il Solar Decathlon è riuscito ad espandersi a livello internazionale a raggiungere ed educare un vasto pubblico, circa i vantaggi e la disponibilità di soluzioni sostenibili.

Inoltre negli ultimi tempi, però, si sta assistendo ad un cambiamento della mentalità: la risposta delle sfide risiede nell'integrazione dei diversi requisiti che il progetto deve soddisfare. . Si inizia a pensare l'edificio come un organismo, dove le interazioni delle varie parti si influenzano l'una con l'altra determinando le singole scelte, il risultato finale consiste nell'ottimizza re un'opera concepita come unica e inseparabile, valutata durante il suo intero ciclo. Esistono diverse procedure e metodi al giorno d'oggi e una delle più diffuse è l'Integrative Design Process (IDP), nato negli anni Novanta e sviluppatosi maggiormente negli anni successivi. L'IDP rappresenta un approccio olistico alla progettazione dell'edilizia che cerca di ottenere elevate prestazioni su una vasta gamma di obiettivi ambientalisti e sociali ben definiti, facendo affidamento ad un team di collaborazione e rimanendo nei limiti di bilancio e pianificazione. Di conseguenza diventa necessario impiegare l'analisi energetica fin dal prime fasi di concept e definizione del modello architettonico. Un approccio che soddisfa questo tipo di esigenza è dell'Energy Modeling, che permette di integrare ad un modello architettonico, un modello energetico, che viene utilizzato per una serie di simulazioni che aiutano nella progettazione, costruzione e gestione di un edificio a bassi consumi. Esso viene supportato da strumenti informatici, che diventano il mezzo per incorporare, all'interno del nucleo ideativo, le variabili di carattere materico, produttivo e prestazionale, le quali definiscono le condizioni di realizzabilità ed efficienza dell'opera.

Il lavoro di tesi ha previsto la revisione del progetto di una residenza monofamiliare sviluppato dal team SCUTxPOLITO, con lo scopo di realizzare un nZEB, un edificio autosufficiente dal punto di vista energetico e analizzare l'utilità dell'Energy Modeling. In primo luogo è stato definito un modello architettonico sfruttando gli strumenti BIM, in particolare il programma Revit Architecture. Ad esso è stato associato un modello energetico sul programma DesignBuilder, nel quale sono state fatte una serie di simulazioni energetiche per valutare il comportamento e le prestazioni dell'abitazione. La metodologia ha considerato la definizione di un edificio di riferimento che doveva soddisfare i requisiti minimi di normativa ed è stato successivamente usato come base comparativa per definire le prestazioni energetiche. I criteri di analisi si sono basati soprattutto sullo studio dei consumi energetici, dispersioni, apporti e del fattore di luce medio diurno, così da valutare il livello di luce naturale all'interno degli ambienti. In seguito alle analisi svolte sono state proposte delle implementazioni tecnologiche e architettoniche, con l'obiettivo di abbassare la richiesta di energia da parte dell'utenza.

L'approccio progettuale sperimentato non riuscirà a soddisfare tutte le caratteristiche del processo di progetto integrato, poiché sarebbero necessaria la compresenza di più figure professionali per analizzare i diversi aspetti. Inoltre gli strumenti informatici, ad oggi presenti sul mercato, non permettono ancora di avere una piattaforma su cui è possibile modellare parallelamente l'architettura e analizzare le tematiche energetiche. I programmi utilizzati non soddisfano l'interoperabilità richiesta dal processo integrato poiché durante l'esportazione dei modelli i dati vengono in parte o completamente persi. Nonostante ciò, il metodo consente di avere un aiuto nel momento cui è necessario prendere decisioni importanti e permette una maggior consapevolezza del progetto.

Relatori: Enrico Fabrizio, Marco Filippi, Elisa Sirombo
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: A Architettura > AD Bioarchitettura
G Geografia, Antropologia e Luoghi geografici > GD Estero
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/6347
Capitoli:

1. Verso l'Integrative Design Process

1.1 II processo edilizio e l'approccio tradizionale

1.2 Dalla frammentazione all'integrazione

1.3 La teoria dell'IDP

1.3.1 Le fasi

1.4 Processi a confronto

1.5 Applicazioni e metodi dell'IDP

1.5.1 1 cicli ASHRAE

1.5.2 LEED v4

2. Sperimentazione di strumenti per l'Energy Modeling

2.1 Gli strumenti informatici

2.2 Vantaggi e svantaggi dei software utilizzati

2.2.1 Creazione di un modello energetico

2.2.2 1 dati di input

2.2.3 Le simulazioni energetiche

2.3 La scelta dello strumento software da utilizzare

3. Il concorso Solar Decathlon China 2018

3.1 II concorso Solar Decathlon

3.2 Analisi di alcuni progetti vincitori

3.2.1 Solar Decathlon China 2013

3.2.2 Solar Decathlon Europa 2014

3.2.3 Solar Decathlon America 2015

3.3 L'oggetto del concorso SDC 2018

3.3.1 II team work

3.3.2 1 requisiti da concorso

4. Il progetto del team SCUTxPOLITO

4.1 I requisiti posti a base del progetto

4.2 II progetto

4.2.1 II contesto urbano e culturale

4.2.2 II progetto

4.3 Approfondimenti intorno al progetto: i consumi energetici della Cina e gli edifici nZEB

5. La revisione del progetto e l'applicazione di strumenti e metodi dell'IDP

5.1 II flusso di lavoro

5.2 Modellazione dell'edificio di riferimento

5.2.1 L'analisi climatica

5.2.2 Dati di input: Attività

5.2.3 Dati di input: Costruzione

5.2.4 I risultati

5.3 Proposte di miglioramento

5.3.1 Involucro

5.3.3 La serra solare

5.4 Simulazioni energetiche

5.5 Simulazioni di luce naturale

5.5 Analisi critica dei risultati

5.6.1 II fotovoltaico

6. Conclusioni

Bibliografia

Allegati

Bibliografia:

LIBRI

A. Forty, Parole e edifici: un vocabolario per l'architettura moderna, Bologna, Pendragon, 2004

A. Missori, Appunti sui modelli organizzativi del processo edilizio, IUAV, 201 1

N. Sinopoli, La tecnologia invisibile: il processo di produzione dell'architettura e le sue regie, Milano, Angeli, 1997

M. Casini, Costruire l'ambiente: gli strumenti e i metodi della progettazione ambientale. Qualità edilizia e questione energetica, processo edilizio, percorso progettuale, Milano, Edizione Ambiente, 2009

7group, J. Boecker, B. Reed, S. R. Fedrizzi (Prefazione), The integrative Design Guide to Green Buildings: Redefining the Practice of Sustainability, Wiley, Hoboken, 2009

Busby Perkins + Will Stantec Consulting, Roadmap for Integrative Design Process, 2007, Vancouver

The American Institute of Architects (AIA), An Architect's Guide to Integrating Energy Modeling in the Design Process, 2012

DesignBuilder Documentation, DesignBuilder User Manual, 2006 (scaricabile dal sito www. desianbuilderitalia.it)

Politecnico di Torino, South China University of Techonology, Project Manual: Long Plan, 201 7

M. Coniato, V. Fonovic, S. Longhi, Risparmio energetico e comfort abitativo: istruzioni per l'uso: in parole semplici, Firenze, Alinea, 2013

M. Capolla, La casa energetica: indicazioni e idee per progettare la casa a consumo zero, Santarcangelo di Romagna (RN), Maggioli, 2009

J. Gaspari, D. Trabucco, G. Zannoni, Involucro edilizio e aspetti di sostenibilità, riflessioni sul comportamento energetico di pareti massive e stratificate /per/solate: performances ambientali ed embodied energy, Milano, Angeli, 2010

S. F. Brivio, Schermature solari e tende tecniche: metodi e soluzioni di progetto, tipologie, risparmio energetico, Milano, Il sole 24 ore, 2010

C. Zappone, La serra solare: criteri di progettazione e risparmio energetico, Esselibri, Napoli, 2005

A. Boeri, D. Longo, S. Piraccini, Il progetto dell'involucro in legno: qualità costruttiva ed efficienza energetica, Flaccovio, Palermo, 2012

N. Aste, Il fotovoltaico in architettura: integrazione dei sub-sistemi a energia solare negli edifici, ed. EsseLibri, Napoli, 2008

S. De Pascali, Progettazione bioclimatica, Flaccovio, Palermo, 2001

A. Rogora, Progettazione bioclimatica per l'architettura mediterranea: Metodi ed esempi, Wolters Kluwer, Italia, 2012

M. Pfundstein, E. De Angelis, Materiali isolanti, UTET, Torino, 2007

U. Brandi Licht, E. De Angelis, Luce naturale e artificiale, UTET, Torino, 2007

A. S. Pavesi, E. Veroni, Introduzione alla certificazione LEED: progetto, costruzione, gestione: ottimizzazione del processo edilizio secondo i principi della sostenibilità, Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna, 2012

(a cura di) A. Rinaldi, Progettazione ed efficienza energetica, Santarcangelo (RN), Maggioli, 2010

ARTICOLI

F. Noel, D. Brissaud, S. Tichkiewitch, Integrative Design Environment to improve Collaboration between Various Experts, Soils Solids Structures Laboratory, France, 2013

N. Larsson, The Integrated Design Process, International Initiative for Sustainable Built Environment (iiSBE), Ottawa, 31 Gennaio 2004

M. Ferrara, M. Filippi, E. Sirombo, V. Cravinio, A simulation-based optimization method for the integrative design of the building envelope, 6th International Building Physics Conference, IBPC, 2015

S. Citherlet, J. A. Clarke, J. Hand, Integration in building physics simulation, Energy and Buildings, 2001, pp. 451-461

S. O. Jensen, Validation of building energy simulation programs: a methodology, Energy and Buildings, 1995, pp. 133-144

AA.VV., Principle for nearly zero-energy buildings. Paving the way for effective implementation of policy requirements, Building Performance Institute Europe, Novembre 201 1

L. Pe rez-Lombard, J. Ortiz, C. Pout, A review on buildings energy consumption information, Energy and Buildings, vol. 40, 2008

S. Attia, A. De Herde, Early Design Simulation Tools for Net Zero Energy Buildings: a comparison often tools, Conference Proceedings of 12th International Building Performance Simulation Association, Sydney, Novembre 201 1

S. Attia, E. Gratia, J. Hensen, Archieving informed decision-making for Net Zero Energy Building Design using building performance simulation tools, An Internation Journal, 2013

HTR Hansen, MA Knudstrup, Parametric analysis as a methodical approach that facilitates the exploration of the creative space in low-energy and zero-energy design projects, Passive and Low Energy Architecture 2008 Conference, Dublino, 2008

U.S. Energy Information Administration (EIA), China International Analysis, 4 Novembre 2016

R. Andarmi, The role of Building Thermal Simulation for Energy Efficient Building Design, Energy Procedia, vol. 47, 201 4, pp. 21 7-226

J. Cardenas, G. Osma, C. Caicedo, A. Torres, S. Sanchez, G. Ordonez, Building energy analysis of Eletrical Engineering Building from DesignBuilder tool: calibration and simulations, International Congress of Mechanical Engineering and Agricultural Science, Industrial University of Santander, Colombia, 2016

S. Cariucci, L. Pagliano, A. Sangalli, Nuove sfide per la progettazione e realizzazione di edifici a energia quasi zero, La termotecnica, pag. 65-68, maggio 2014

A. M. Salama, F. Pour Rahimian, R. Y. Gharib, Key success factors and guidance for international collaborative design Projects, International Journal of Architectural Research (IJAR), Volume 9, Novembre 2015, pp. 6-25

S. Demg, R.Z. Wang, Y.J. Dai, How to evaluate performance of net zero energy building, A literature research, Energy, vol. 71, 2014, pp. 1-16

Z. Zhou, L. Feng, S. Zhang, C. Wang, G. Chen, T. Du, Y. Li, J. Zou, The operational performance of "net zero energy building: a study in China, Applied Energy, 201 6, vol. 1 77, pp. 71 6-728

W. Wang, L. Gao, P Liu, A. Hailu, Relationships between regional economic sectors and water use in a water-scarce area in China: a quantitative analysis, Journal of Hydrology, vol. 515, 2014, pp. 180-1 90

J. Li, M. Colombier, Mananing carbon emissions in China through building energy efficiency, Journal of Environmental Management, vol. 90, Giugno 2009, pp. 2436-2447

TESI

C. Badagliacca, E. Cisotto, Sperimentazione di un processo di Integrative Design nella progettazione preliminare di un edificio per uffici: energia e comfort, rel. Marco Filippi, correl. Elisa Sirombo, Maria Ferrara, Torino, 2016

E. Vottero, G. Zerbinati, Dalla Passivhaus allo Zeb: nuovi metodi di prefabbricazione nell'ambito dell'edilizia residenziale, rel. Marco Filippi, Valentina Serra, Torino, Febbraio 2014

G. Ballando, La serra bioclimatica: evoluzione, analisi energetica dinamica e applicazioni innovative, rel. Mario Grosso, Marco Simonetti, Torino, Febbraio 201 4

M. Robotti, Ottimizzazione del progetto di una serra bioclimatica attraverso la simulazione dinamica, rel. Vincenzo Corrado, Alice Gorrino, Torino, Dicembre 2014

NORMATIVE

BSR/ASHRAE Standard 209P, Energy Simulation Aided Design for Buildings except low-Rise Residential Buildings, Marzo 2016

ANSI/ASHARAE/IES Standard 90.1 - 2010, Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings (SI Edition)

ANSI/ASHRAE Standard 62.2-2016, Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings

ANSI/ASHARAE/IES Standard 90.1 - 2010, Appendice G, Building Performance Rating Method UNI 10339: Impianti aeraulici ai fini di benessere, Giugno 1995

UNI/TS 11300-1, Parte 1 : Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale, Ottobre 2014

UNI/TS 11300-2, Parte 2: 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 edificio non residenziali, Ottobre 2014

UNI/TS 11300-4, Parte 4: Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria, Maggio 2012

DM 26/06/2015, Requisiti minimi, Allegato A

SITOGRAFIA

LEED v4, www.usgbc.org, (consultato il 8 giugno 2017)

LEED V4, Integrative Design Process, www.usgbc.org, (consultato il 10 giugno 2017)

http://www.designbuilderitalia.it/forum/ (consultato il 17 marzo 2017)

http://www.ingegneri.info/forum/ (consultato il 17 marzo 2017)

www.energyplus.net (consultato il 18 marzo 2017)

www.openstudio.net (consultato il 27 marzo 2017) www.autodesk.it (consultato il 27 marzo)

www.grasshopper3D.com (consultato il 28 marzo 2017)

http://hydrashare.github.io/hvdra/ (consultato il 28 marzo)

About Solar Decathlon, www.solardecathlon.gov (consultato il 15 ottobre 2017)

Solar Decathlon History, www.solardecathlon.gov (consultato il 15 ottobre 2017)

Solar Decathlon, https://www.archdaily.com/tag/solar-decathlon (consultato il 1 7 ottobre 2017)

Solar Decathlon International, www.solardecathlon.aov (consultato il 17 ottobre 2017)

www.climate-data.org (consultato il 17 ottobre 2017)

University of Wollongong, Project Manual: lllawarra Flame House, 2013, www.solardecathlon.gov (consultato il 18 ottobre 2017)

K. Rosenfield, UOW Australia Wins thè 2013 Solar Decathlon China, www.archdaily.com (consultato il 17 ottobre 2017)

Stevens Institute of Technology, Project Manual: SU+RE House, 2015, www.solardecathlon.gov (consultato il 18 ottobre 2017)

http://surehouse.org/the-house/ (consultato il 17 ottobre 2017)

Stevens Institute, SU+RE House, www.popsci.com (consultato il 17 ottobre 2017)

Stevens Institute of Technology, SU+RE House: a model of resiliency, www.urbangreencouncil.org (consultato il 17 ottobre 2017)

Università degli Studi Roma Tre, Project Manual: Rhome for DenCity, 2014 , www.solardecathlon.gov (consultato il 18 ottobre 2017)

R Mezzi, Vinto il Solar Decathlon, Rhome torna a casa, www.abitare.it (consultato il 17 ottobre 2017) www.illawarraflame.com.au (consultato il 17 ottobre 2017)

Università degli Studi Roma Tre, RhOME for denCHv, Solar Decathlon Europe 2014. www.archilovers.com (consultato il 17 ottobre 2017)

F. R. Fieri, Rhome for DenCity, Gli italiani campioni del mondo nell'architettura eco, www. architetturaecosostenibile.it (consultato il 1 7 ottobre 201 7)

www.sdchina.org.cn

Global Energy Statistical Yearbook 2017, www.vearbook.enerdata.net (consultato il 20 ottobre 2017)

China overview, www.eia.gov (consultato il 20 ottobre 2017)

www.helioscreen.com.au (consultato il 27 ottobre)

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