polito.it
Politecnico di Torino (logo)

Energia e comfort nella progettazione di una scuola primaria a Riccione

Damasio, Cecilia and Rocchietti, Matteo

Energia e comfort nella progettazione di una scuola primaria a Riccione.

Rel. Enrico Fabrizio, Marco Filippi, Elisa Sirombo, Giuseppe Veglia. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta', 2017

Abstract:

Il consumo energetico associato al settore delle costruzioni è pari a circa il 40% dell’intero consumo annuo a livello europeo mentre le emissioni di C02 corrispondono a circa il 30% del totale. Facendo riferimento al patrimonio immobiliare degli edifici pubblici nel settore scolastico e direzionale, in Italia, si evince che I consumi relativi al riscaldamento, illuminazione e condizionamento degli edifici sono pari a 14,5 milioni di MWh termici e 6 milioni di MWh elettrici, comportando una spesa complessiva di circa 1,8 miliardi di euro. Relativamente al consumo di energia termica per riscaldamento, la quota attribuibile agli edifici scolastici è pari all’87%, corrispondenti a 12,6 milioni di MWh. È necessario quindi adottare soluzioni progettuali tali da garantire la riduzione dell’incidenza causata dagli edifici scolastici sul consumo energetico nazionale, attraverso operazioni di riqualificazione energetica sul patrimonio esistente oppure su opere di nuova costruzione. La progettazione architettonica delle nuove opere implica però un approccio differente rispetto alla metodologia tradizionale, poiché è maggiore la complessità del progetto. Il progetto architettonico è quindi contraddistinto da un elevato numero di variabili e da una crescente interdisciplinarietà e la modificazione microscopica di una di queste implica variazioni macroscopiche a scala globale. Deriva quindi la necessità di definire una metodologia che permetta la gestione di tutti gli aspetti che concorrono alla definizione del progetto in modo sinergico e olistico. Il metodo che risponde ai requisiti trova nell’lntegrative Design Process la strada da percorrere. L’IDP è una teoria sviluppata negli Stati Uniti negli anni ‘90 e diffusa negli ultimi 20 anni in tutto il mondo, il cui il progetto viene considerato come un organismo e pertanto analizzato nel suo insieme fin dalle fasi preliminari.

L’elaborato di tesi ha pertanto cercato di dimostrare come la modellazione energetica possa essere attuata applicando prima un software BIM (Revit Architecture) e, in seguito, tramite una procedura di interoperabilità un software di simulazione energetica dinamica (Design Builder). Il passaggio attraverso un software di simulazione energetica dinamica è fondamentale, in quanto permette di analizzare completamente le performance energetiche e ambientali dell’edificio. La prima operazione necessaria riguarda la modellazione di un edificio di riferimento, analizzato prendendo come indicatori i consumi energetici di energia termica, frigorifera ed elettrica su base annua. In seguito sono stati introdotti altri indicatori per meglio analizzare il progetto, come i costi di costruzioni e il valore delle dispersioni dell’involucro. Dopo questa fase di analisi sull’edificio di riferimento sono state ipotizzate delle varianti progettuali. Ogni variante progettuale è stata impostata mantenendo inalterata la volumetria esterna e la disposizione interna dei locali, mentre sono state variate le caratteristiche costruttive dell’involucro opaco e trasparente e operando differenti scelte a livello tecnologico. In questo modo venivano fissate delle condizioni al contorno inalterabili durante l’evoluzione della tesi, per valutare meglio come, al variare della tecnologia costruttiva, la performance dell’edificio venisse modificata. In seguito, mettendo a sistema tutte le varie alternative, è stato quindi necessario analizzarle in funzione degli Indicatori presi come discriminanti per individuare la soluzione più performante, sia sotto il profilo energetico che quello economico.

Infine, sulla variante progettuale più performante sono stati condotti ulteriori studi e raffinamenti , volti a migliorare ulteriormente II consumo energetico e il confort ambientale interno. I successivi miglioramenti sul progetto hanno riguardato l’installazione di un sistema di schermatura esterno e la variazione della copertura, riprogettandola come copertura a verde e attuando un sistema free-cooling per il raffrescamento passivo. Ogni variazione sul progetto è stata analizzata osservando le variazioni degli indicatori sulla performance globale, in modo tale da valutare al meglio l’incidenza delle azioni in termini energetici, di comfort ed economici.

Grazie alla metodologia progettuale applicata e agli strumenti a supporto impiegati, è stato allora possibile analizzare in modo dettagliato, seppur in una fase preliminare, l’edificio in progetto, operando delle scelte consapevoli sulla tecnologia costruttiva e raggiungendo gli obiettivi di riduzione dei consumi energetici e dei costi derivati.

Relatori: Enrico Fabrizio, Marco Filippi, Elisa Sirombo, Giuseppe Veglia
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 costruzione citta'
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/6350
Capitoli:

Abstract

1 Processo edilizio, verso l’IDP

1.1 Teoria dell’IDP e riferimenti in normativi a carattere volontario

1.1.1 Il processo edilizio convenzionale

1.1.2 Un nuovo approccio metodologico: l’Integrative Design

1.1.3 Le fasi di sviluppo dell’IDP

1.1.4 La procedura ANSI sull’lntegrative Design

1.2 Procedure operative per l’applicazione dell’IDP

1.2.1 Norma ASHRAE 209P

1.2.2 Credito IDP LEEDv4

1.3 Limiti e potenzialità della metodologia

2 Strumenti informatici a supporto dell’Energy Modeling

2.1 BIM, BEM, Green BIM

2.1.1 Diffusione del BIM

2.1.2 L’adozione del BIM per i lavori pubblici

2.1.3 BIM e Green BIM

2.1.4 Dal BIM al BEM

2.2 Strumenti informatici di supporto al progetto energetico

2.2.1 EnergyPIus

2.2.2 Interfacce grafiche di Energy Plus: DesignBuilder

2.2.3 Revit e contesto operativo

2.2.4 Sketchup + OpenStudio

2.3 Interoperabilità tra Revit e Design Builder

2.3.1 Fasi operative

3. II caso studio

3.1 Descrizione del caso studio

3.2 Descrizione del progetto

3.2.1 Aspetti compositivi

3.2.2 Principi pedagogici

3.2.3 Aspetti tecnologici

3.3 Approfondimenti

3.3.1 La normativa scolastica vigente

3.3.2 I consumi energetici dell’edilizia scolastica

3.3.3 Esempi di edifici scolastici

4. L’IDP applicato al caso studio

4.1 II flusso di lavoro e la procedura operativa

4.2 Reference Building e la simulazione energetica

4.2.1 Definizione dei dati di input

4.2.2 Dati di output

4.2.3 Analisi critica dei risultati relativi al reference building

4.2.4 Proposta di modifiche progettuali e tecnologiche

4.2.5 Variabili progettuali e tecnologiche

4.3 Stima dei costi di costruzione

4.3.1 Variazione sulle voci di costo totale

4.4 Costi di costruzione

4.5 Simulazione ambientale

4.5.1 Dati di input

4.5.2 Comfort visivo

4.5.3 Comfort termico

4.5.4 Analisi critica dei risultati della simulazione ambientale

4.5.5 Proposta di modifiche progettuali e tecnologiche

4.6 II nuovo progetto

4.6.1 Simulazioni energetiche

4.6.2 Introduzione del tetto verde

4.6.3 Introduzione delle schermature solari

4.6.4 Analisi dei risultati

4.6.5 Gestione del comfort ambientale - Night Cooling

4.6.6 Introduzione del controllo del flusso luminoso

4.6.7 Generalità e introduzione dell’impianto fotovoltaico

4.7 Stima dei costi finali

4.8 Elaborati grafici

5. Conclusioni

6. Riferimenti Bibliografici

Bibliografia:

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

Manuale LEED Italia Green Building - Nuove Costruzioni e Ristrutturazioni - Edizione 2009

Sperimentazione di un processo di Integrative Design nella progettazione preliminare di un edificio per uffici: energia e comfort. Cisotto, Elisa, Badagliacca, Carla

The integrative design guide to green building: redefining the practice of sustainability, 7group, John Boecker, Bill Reed

Cravino, Vittorio Amedeo, L’integrative design : per l’ottimizzazione del comfort ambientale e delle prestazioni energetiche. Rel. Marco Filippi, Elisa Sirombo

N. Sinopoli, La tecnologia invisibile. Il processo di produzione dell’architettura e le sue regie, Franco Angeli, 2002

Maurizio Sole, Manuela Crespi, Edilizia Scolastica, DEI, Roma, 2014 Paola Oreto, Edilizia Scolastica, Grafill, Palermo, 2004

Jessica Gallina, La gestione del processo progettuale attraverso il BIM: dall’analisi energetica all’automazione dei crediti LEED. Rel. Valentina Serra, Anna Osello, Amos Ronzino

Alessia Blandino, Linee guida per la riqualificazione dell’edilizia scolastica ad elevato comfort indoor: il caso della scuola “Riccardo Dal Piaz” di Torino. Rei. Roberto Pagani, Corrado Carbonaro, Pier Giorgio Turi

Andrea Bassi, Costi per tipologie edilizie, la valutazione economica dei progetti in fase preliminare, Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna (RN), 2011

Ernesto Antonini, Andrea Boeri, Progettare scuole sostenibili, EdicomEdizioni, 2011

Maria Chiara Torricelli, La luce del giorno. Tecnologie e strumenti per la progettazione, Alinea Editrice, Firenze, 1995

Ulrike Brandi Licht, Luce naturale e artificiale, UTET Scienze Tecniche, Milano, 2007

Angela Silvia Pavesi, Elena Verani, lntroduzione alla certificazione LEED: progetto, costruzione, gestione: ottimizzazione del processo edilizio secondo i principi della sostenibilità, Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna, 2012

Michele Vio, Impianti di climatizzazione: manuale di calcolo, editoriale Deflino, 2009

Antonio Teti, Il futuro dell’lnformation & Communication Tecnhology, Springer-Verlag Italia, Milano, 2009

Lo Turco M. Disegno e progetto: software interoperabili a supporto della progettazione architettonica, in Codici del disegno di Progetto, Atti del Convegno, Lecco, 2006

Lo Turco M, Il BIM e la rappresentazione infografica nel processo edilizio. Dieci anni di ricerche e applicazioni, Aracne editore, Ariccia, 2015

Grosso M., Il raffrescamento passivo degli edifici. Concetti, precedenti architettonici, criteri progettuali, metodi di calcolo e casi studio, Maggioli editore, Bologna, 2004

Bottero M., Mondini G., Valutazione e sostenibilità. Piani, programmi, progetti, Celid, Torino, 2009

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

Orges L., Building Information Modeling e progettazione sostenibile: modellizzazione parametrica e simulazione energetica di edifici a energia quasi zero, Rel. Massimiliano Lo Turco, Vincenzo Corrado. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione città, 2012

Rogora A., Progettazione bioclimatica per l’architettura mediterranea. Metodi Esempi, Wolters Kulwer Italia, Milano, 2012

ARTICOLI

Aline Schaefer, Enedir Ghisi, Method for obtaining reference buildings, Energy and Buildings, 128 (2016), pp. 660-672

A. Sherif, A. El-Zafarany, R. Arafa, External perforated windows Solar Screen. The effect of screen depth and perforation ratio on energy performance in extreme desert environments, Energy and Buildings 52 (2012), pp. 1-10

P. Blondeau, M. Sperandio, F. Allard, Night Ventilation for building cooling in summer, Solar Energy Vol. 61, No. 5 , pp. 327-335, 1997

L. Jiang, M. Tang, Thermal analysis of extensive green roofs combined with night ventilation for space cooling, Energy Building 156 (2017), pp. 238-249

L. Fjendbo, M. Francis, M. Bergen Jensen, Benefits of green roofs: A systematic review of the evidence for three ecosystem services, Urban Forestry & Urban Greening 28 (2017), pp. 167-176

S. Chowdhury, Y. Hamada, K. Shabbir Ahmed, Indoor heat stress and cooling energy comparison between green roof (GR) and non-green roof (n-GR) by simulations for labor intensive factoriesc in the tropics, Internation journal of sustainable Built Environement (2017)

C. Liang Tan et al, Impact of soil and water retention characteristic on green roof thermal performance, Energy and Buildings 152 (2017), pp. 830-842

H. Wang et al, Are green roofs a source or sink of runoff pollutants?, Ecological Engineering 107(2017) pp. 65-70

C.Y. Jim, Green Roof evolution through exemplars: Germinal prototypes to modern variants, Sustainable Cities and Society 35 (2017), pp. 60-82

G. Watts, The effects of greening urban areas on the perceptions of tranquillity, Urban Forestry & Urban Greening 26 (2017), pp. 11-17

A. Ronzino et al, The Energy efficiency management at urban scale by means of integrated modelling, Energy Procedia 83 (2015), pp. 258-268

L. Wen et al, A review: simple tools for evaluating the energy performance in early design stages, Procedia engineering 146 (2016), pp. 32-39

W. Bonenberg et al, Green BIM in sustainable infrastructure, Procedia manufacturing 3 (2015), pp. 1654-1659

M. Ferrara, M. Filippi, E. Sirombo, V. Cravino, A simulation-based optimization method for the integrative design of the building envelope, Energy Procedia 78 (2015), pp. 2608-2613

M. Khaddaj et al, Using BIM to retrofit Existing Buildings, Procedia Engineering 145 (2016), pp. 1526-1533

H. Ufuk Gokce et al, Holistic system architecture for energy efficient building operation, Sustainable Cities and Society 6 (2013), pp. 77-84

G. Martino di Giuda et al, BIM and energy efficient retrofitting in school buildings, Energy Procedia 78 (2016), pp. 1045-1050

M. Lo Turco et al, Green BIM: new experiences of software interoperability, INNOVATIVE DESIGN AND CONSTRUCTION TECHNOLOGIES. BUILDING COMPLEX SHAPES AND BEYOND, pp. 367-380

SITOGRAFIA

Design Builder:

- http://vwvw.designbuilderitalia.it/ - consultato il 11/12/2017

- https://lmnarchitects.com/tech-studio/bim/energy-simulation-plug-ins-for-revit/ - consultato il 23/05/2017

Revit:

- https://www.slideshare.net/AndreaDenza1/analisi-energetiche-e-bim - consultato il 03/05/2017

- http://autodesk.typepad.com/bpa/2013/11 /leed-daylighting-analysis-directly-from-revit.html - consultato il 03/05/2017

- https://www.autodesk.com/products/insight/overview - consultato il 10/05/2017

- https://knowledge.autodesk.com/support/revit-products

- https://ascelibrary.0rg/d0i/abs/l 0.1061/41020(339)44 - consultato il 08/12/2017

- http://design.rootiers.it/tecniche2012/node/1233 - consultato il 25/04/2017

- http://www.wbdg.org/design-objectives/aesthetics/engage-integrated-design-process - consultato il 25/04/2017

OpenStudio e EnergyPIus:

- https://energy.gov/eere/buildings/downloads/energyplus - consultato il 25/04/2017

- https://energyplus.net/ - consultato il 25/04/2017

- https://energyplus.net/weather/simulation - consultato il 02/05/2017

- https://www.openstudio.net/ - consultato il 02/05/2017

- https://www.openstudio.net/forum - consultato il 10/05/2017

- https://energy.gov/eere/buildings/downloads/openstudio - consultato il 10/05/2017

Approfondimento sulle scuole:

- https://concorrimi.scuoleinnovative.it/allegati/Bando-concorso-di-idee

- http://www.scuoleinnovative.it/

-http://www.ediliziaeterritorio.ilsole24ore.com/art/progettazione-e-architettura/2016-06-09/da-frascati-bolzano-ecco-scuole-innovative-cappochin-ora-concorsi-progettazione

- http://www.edilportale.com/news/2016/05/progettazione/scuole-innovative-attivata-la-procedura-del-concorso-di-idee

- http://www.edilportale.com/news/2016/06/progettazione/le-scuole-innovative-avranno-spazi-pedagogici-e-architetture-all-avanguardia

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