A new thermal analysis by numerical simulation to investigate the energy performance of buildings

12th Conference of International Building Performance Simulation Associatio

National scientific report on the TABULA activities in Italy

The Italian contribution to the TABULA research project is decribed. Ii was addressed to: - the development of the harmonised structure for the Italian typology and the supply of input data on buildings, constructions and systems (heating and DHW), which constitute the main data for the webtool; - the application of the typology concept for the assessment of the energy performance of residential buildings and for the evaluation of the impact of energy conservation measures, through the calculation of the energy performance of the building-types; - the use of the typology concept to create a model for the estimation of the national energy balance of the residential building stock by the support of national statistical dat

Improving energy modeling of large building stock through the development of archetype buildings

12th Conference of International Building Performance Simulation Associatio

Supporting climate-neutral cities with urban energy modeling: a review of building retrofit scenarios, focused on decision-making, energy and environmental performance, and cost

Climate deadlines are fast approaching, and city action plans must address slashing carbon emissions using scarce financial resources. Urban energy modeling (UEM) supports building sector transformation by quantifying energy use and emissions in baseline and retrofit scenarios. Additionally, many UEM studies evaluate retrofit costs and financial returns. This review of 26 UEM studies critically analyzes how studies decide to model retrofit measures or impose scenario constraints, and how energy, emissions, and costs are quantified. The results show divergent quantification approaches among the reviewed literature, hindering the usefulness and comparability of the studies for policymakers. The findings also indicate challenges with renewable energy production and heating via heat pumps, including increased peak electrical loads and seasonal mismatches in generation and consumption, which are mitigated by measures reducing building energy demand and energy use, demand-response measures to curtail peaks, and district sources of endogenous energy. The value of the decision-making analysis is to signal pathways toward innovation and stakeholder collaboration for city plans, highlighting approaches using context analysis to generate and share energy in districts, economic criteria to mirror real-world conditions, and stakeholder engagement to meet local priorities. Finally, perspectives for future UEM studies support policymakers guiding the transformation to climate neutrality

Prestazione energetica di edifici in condizioni estive: l'effetto dell'isolamento termico

Il lavoro di tesi rappresenta lo sviluppo di una ricerca volta ad approfondire il tema dell’ottimizzazione del livello di isolamento termico nella progettazione estiva dell’edificio, in riferimento a differenti scenari d’uso e tipologie edilizie. L’attività di ricerca, sviluppata intorno al tema dell’analisi energetica degli edifici, ha avuto come obiettivo principale l’elaborazione di una nuova metodologia di analisi termica utile ad indagare i parametri che maggiormente influenzano la prestazione energetica. Il metodo consiste nell’analizzare in dettaglio i differenti contributi al bilancio termico convettivo dell’aria interna e le loro interrelazioni in riferimento alle differenti condizioni al contorno; ciascun contributo è scorporato in funzione delle sollecitazioni termiche dinamiche relative all’ambiente esterno ed interno, ovvero la temperatura dell’aria esterna, la radiazione solare, le sorgenti termiche interne, e può essere riferito separatamente a specifici gruppi di componenti che scambiano energia termica con l’aria interna, ossia l’involucro opaco, l’involucro trasparente, i componenti edilizi interni, etc. Al fine di individuare all’interno di ciascun termine del bilancio termico la quota da attribuire a ciascuna sollecitazione, si applica il principio di sovrapposizione degli effetti realizzando su uno stesso modello una serie di simulazioni con il codice di simulazione numerica dettagliata EnergyPlus, aggiungendo di volta in volta una sollecitazione diversa. All’elaborazione della metodologia di indagine fa seguito l’individuazione di una specifica modalità di rappresentazione dei risultati, attraverso la quale è possibile evidenziare e confrontare i pesi delle diverse sollecitazioni/termini del bilancio termico sul fabbisogno di energia e sui carichi frigoriferi dell’edificio. Una particolarità del metodo consiste nel fatto che i parametri che influenzano la prestazione energetica di un edificio possono essere individuati direttamente nella rappresentazione, oppure, al fine di raggiungere un dettaglio maggiore, attraverso l’accorpamento di alcuni contributi al bilancio termico. In questo modo è possibile indagare, ad esempio, quale sia l’influenza dell’involucro edilizio sulla prestazione termica dell’edificio, oppure se sia prevalente l’influenza dell’involucro opaco o di quello trasparente. Questo aspetto rappresenta il potenziale della metodologia d’indagine nell’individuare il peso dell’involucro nel suo complesso, e nello specifico, quello dell’involucro opaco sulla prestazione termica estiva degli edifici, per studiare l’effetto del livello di isolamento termico in vista di una sua ottimizzazione progettuale. La metodologia d’indagine può essere utilizzata anche per la progettazione termica e la diagnosi energetica degli edifici e permette, tra l’altro, di effettuare un confronto accurato tra metodi di calcolo della prestazione energetica. In riferimento a questo ultimo aspetto viene sviluppato il confronto tra il metodo di calcolo semplificato in regime quasi-stazionario, UNI EN ISO 13790, e il metodo di calcolo dettagliato in regime dinamico, EnergyPlus, e sono individuate le cause principali del divario tra i due modelli di calcolo. L’applicazione principale della metodologia d’indagine ha riguardato l’analisi parametrica di due casi studio, un edificio residenziale e un edificio ad uso uffici; di essi è fissata la località (Roma), l’uso e la geometria. In particolare, i dati relativi all’uso e alla gestione dell’edificio (es. utilizzo delle schermature solari) sono ricavati, sia direttamente sia mediante rielaborazione, dalla normativa tecnica e dalla letteratura tecnico-scientifica. Gli altri parametri che determinano la prestazione energetica estiva degli edifici sono fatti variare; tra essi si annoverano l’estensione della superficie trasparente e le sue proprietà termiche e solari, i livelli di isolamento e di inerzia termica dell’involucro opaco, le proprietà solari della superficie opaca esterna. Attraverso la tecnica di campionamento Latin Hypercube sono state ottenute, per ciascun caso studio, 60 differenti combinazioni delle variabili parametriche che rappresentano un campione significativo. L’analisi energetica del campione, attraverso l’applicazione della metodologia di analisi termica, ha condotto all’individuazione dell’elevato contributo dell’involucro edilizio al carico termico medio mensile (luglio) dell’edificio ad uso residenziale, e del ridotto contributo dello stesso sulla prestazione energetica estiva dell’edificio ad uso uffici. Per individuare il contributo dell’involucro opaco e soprattutto quello dell’isolamento termico è stata effettuata un’analisi di sensibilità utile a ricavare il peso di ciascun parametro (variabile indipendente) sulla prestazione termica estiva dell’edificio (variabile dipendente), espressa sia dal fabbisogno netto di energia per il raffrescamento sia dalla potenza frigorifera massima nel mese di luglio. L’accorpamento dei parametri originari campionati in parametri “semi-empirici” ha reso possibile l’individuazione, tra i modelli matematici studiati, di una funzione di tipo esponenziale per relazionare le variabili indipendenti alla variabile dipendente. Attraverso l’effettuazione di una regressione lineare multipla della variabile dipendente trasformata secondo l’equazione proposta e l’individuazione del valore dei coefficienti di regressione standardizzati, è stato ricavato il contributo di ciascun parametro, e in particolare quello dell’isolamento termico, sulla prestazione termica estiva per i due casi studio esaminati. In riferimento al microclima esterno e alle condizioni d’uso considerate, i risultati dell’analisi di sensibilità mostrano la ridotta influenza dell’involucro edilizio opaco sulla prestazione termica estiva a causa della prevalente influenza di altri fattori, quali le caratteristiche termiche e solari della superficie trasparente e l’estensione della superficie stessa. Nell’edificio ad uso uffici, in particolare, il contributo maggiore al carico interno non è da attribuire all’involucro, ma alle sorgenti termiche interne. L’importanza dell’isolamento termico nella progettazione termica estiva aumenta al diminuire dell’estensione della superficie vetrata e dell’effetto delle schermature solari; aumenta inoltre al diminuire degli apporti termici interni. L’ottimizzazione progettuale è un’altra possibile applicazione della nuova metodologia d’indagine termica; un esempio è fornito attraverso l’analisi di un edificio passivo in costruzione a Carpi (MO), caratterizzato dall’iper-isolamento delle strutture d’involucro. Le “criticità” progettuali evidenziate attraverso l’applicazione del metodo riguardano la presenza di carichi interni di modesta entità e il posizionamento non corretto delle schermature solari. È stata quindi proposta una strategia per l’abbattimento dei carichi interni: si tratta dell’attivazione della ventilazione naturale, introducendo in ambiente una portata d’aria più elevata quando le condizioni esterne risultano favorevoli. La riduzione del fabbisogno energetico per il raffrescamento è conseguente all’aumento del flusso termico convettivo legato alla ventilazione, e questo aspetto è ben evidenziato nella rappresentazione grafica della metodologia d’analisi. Il lavoro di tesi ha portato alla messa a punto di una metodologia di analisi piuttosto che a risultati generalizzabili. Tra gli sviluppi futuri dell’attività di ricerca è prevista l’estensione dello studio al fine di considerare un numero più ampio di condizioni al contorno (es. localizzazioni, destinazioni d’uso). Inoltre, l’analisi di sensibilità, pur identificando in maniera qualitativa ma già sufficientemente indicativa il peso di ciascun parametro progettuale o condizione al contorno sulla prestazione termica estiva, dovrà essere approfondita al fine di individuare un’espressione più precisa per predire l’entità del fabbisogno in funzione dei parametri di influenza

Building Stock Energy Models and ICT Solutions for Urban Energy Systems

The existing building stock presents a high potential of energy savings and CO2 emissions reductions. To this purpose, literature provides novel city-scale building-oriented studies, aimed at developing suitable tools for stakeholders, city planners, and decision-makers. To achieve an effective urban energy planning, urban energy systems (UES) models are developed; they employ a multi-domain approach, embracing the complex interactions in urban areas, such as energy flows, environmental indicators, social and economic factors. To perform an advanced modelling and to simulate the complexity of the UES, ICT (information and communications technology) represents nowadays the right answer to the needs of integration of data, tools, and actors in different domains. The chapter investigates the current studies in the field of building stock energy modeling and the application of advanced technologies to develop UES models. As an exemplification, the technological approach followed in the SEMANCO project to support urban scale energy modelling is presented

Building Typology Brochure – Italy. Fascicolo sulla Tipologia Edilizia Italiana. Nuova edizione.

Si illustra l'aggiornamento della tipologia edilizia nazionale già sviluppata nell'ambito del progetto europeo TABULA. Ogni tipologia nazionale è costituita da un insieme di edifici residenziali modello con tipiche caratteristiche energetiche. Ciascun edificio rappresenta un determinato periodo di costruzione e una specifica dimensione. Gli edifici-tipo possono essere utilizzati in ciascun paese come mezzo per rendere nota la prestazione energetica ed i potenziali di risparmio energetico raggiungibili attraverso azioni di riqualificazione dell’involucro edilizio e degli impianti termici. L’aggiornamento della tipologia edilizia nazionale prevede l’analisi della prestazione energetica degli edifici di nuova costruzione, prendendo in considerazione più varianti ai requisiti minimi definiti dalla legislazione vigente; tali varianti includono anche i parametri prestazionali che caratterizzano gli edifici ad energia quasi zero. L’edificio ad energia quasi zero è definito, nella Direttiva 2010/31/UE (EPBD recast), come “edificio ad altissima prestazione energetica, il cui fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo dovrebbe essere coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l’energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze”

On the Limits of the Quasi-Steady-State Method to Predict the Energy Performance of Low-Energy Buildings

The recent European energy policies progressively introduced more restrictive energy performance requirements aimed at achieving the nearly zero-energy building target for all new buildings and major renovations. To check compli-ance with these requirements, the building energy performance can be evaluated through different calculation methods, as widely presented in literature. The pre-sent article is aimed at identifying in which boundary conditions (e. g. climate, use category, building size, thermal insulation level) a simplified steady-state calculation method can predict with sufficient accuracy the energy performance of low-energy buildings if compared with a dynamic simulation model. The anal-ysis was performed on two building types, representative of the Italian residential typology, located in three different climatic zones and characterised by two insu-lation levels. The insulation levels fit the U-values of the notional reference build-ing, established by the Italian legislation for checking compliance with energy performance requirements in two different steps; the first level is in force until 2020, while the second level is that of a reference nearly zero-energy building in force from 2021 onwards. The building energy performance, in terms of net en-ergy needs for space heating and space cooling, was assessed by means of both the monthly calculation method of CEN standards and the detailed simulation model of EnergyPlus. Consistency options were applied to the models to guaran-tee that their outputs could be comparable. The quasi-steady-state method demonstrated to predict the cooling energy need quite well, but to lose in accura-cy when the weight of the thermal transfer in the energy balance increases

Tracking the energy refurbishment processes in residential building stocks. The pilot case of Piedmont region.

The objective of the IEE-EPISCOPE project is to make the energy refurbishment processes in the European housing sector more transparent and effective. Each participating country is developing a pilot action, aiming at tracking the refurbishment progress of housing stocks at different scales. In the present article, the monitoring of the Piedmont regional housing stock is concerned. A preliminary analysis on data sources is performed, to identify the current state of the stock and the refurbishment rates. The results are a basis to carry out energy performance calculations and to assess future refurbishment scenarios and quantify the energy saving potentials

Verification of the new Ministerial Decree about minimum requirements for the energy performance of buildings

The Italian Ministerial Decree 26/06/2015 specifies the requirements of nearly zero-energy buildings (nZEBs) and demands that the energy performance of the new building is compared with that of a reference or target building, which has the same location, function, size, but reference insulation level and technical systems efficiencies. The research aims both to investigate the technical feasibility of design solutions complying with the legislative requirements and to verify the reference building approach. The analysis is applied to a residential building in three Italian climatic zones. The calculations are conducted by means of quasi-steady (UNI/TS 11300) and dynamic (Energy Plus) methods