L’integrazione dei dati per la digitalizzazione del patrimonio immobilare in ottica NZEB

La tesi di dottorato si colloca all’interno di un lavoro di ricerca realizzato nell’ambito del Progetto PRIN 2015 (Progetto di Rilevante Interesse Nazionale) che ha visto per 36 mesi la collaborazione di dodici università Italiane, allo scopo di realizzare un network di ricerca per la riqualificazione del parco edilizio esistente in ottica nZEB (nearly zero energy buildings). Gli studi, le sperimentazioni e i progetti pilota di edifici ad alta efficienza energetica sono importanti al fine di accelerare i processi verso la realizzazione di edifici autosufficienti, fornendo esempi ed esperienze pratiche sulle prestazioni, le tecnologie, i costi, e dove possibile le esperienze degli utenti. Inoltre, l’adozione di sistemi ibridi di energia in grado di combinare combustibili fossili con fonti di energia rinnovabile è considerata una valida soluzione per il risparmio di energia primaria negli edifici. Sulla scia del contesto energetico, la ricerca si inserisce in un quadro procedurale in corso di sviluppo nei ultimi anni, identificato come Building Information Modelling (BIM), che implica una gestione informativa e una digitalizzazione automatica dell’edificio. La pubblicazione della UNI 11337 avvenuta nel gennaio del 2017, e la serie ISO 19650 avvenuta nel mese di dicembre 2018, stabiliscono i primi passi da rispettare per supportare tutte le parti nel raggiungimento dei propri obiettivi qualitativi ed economici, fissando l’obbligo di utilizzo del BIM per le opere pubbliche e private. Il tema prevede un insieme di tecnologie, processi e politiche che consentono a più parti interessate di progettare, costruire e gestire in modo collaborativo un immobile. Su questi aspetti, la creazione, la manipolazione e l'analisi dei dati, rappresentano il ruolo predominante per far fronte ai cambiamenti di innovazione tecnologica. Nel presente elaborato si vuole dimostrare l’efficacia in termini di trasparenza del dato proveniente da una modellazione parametrica BIM, fino alla simulazione in un software energetico, la successiva gestione del dato in un database PostgreSQL, e la visualizzazione semplificata in un sistema geo referenziato Cesium. La ricerca è stata portata avanti su tre casi applicativi di differente entità, il caso Test (base) per l’approccio al tema, il caso semplice per la verifica della procedura e il caso complesso, dotato di sistema impiantistico avanzato. L’impianto ibrido investigato all’interno dell’ultimo caso studio contribuisce a sostenere l’approccio orientato alla riduzione delle emissioni di CO2 e al risparmio in termini di energia primaria, il quale, unito alle nuove tecnologie procedurali contribuisce al raggiungimento di un futuro più sostenibile e autosufficiente. Per dimostrare le possibilità offerte dall’innovazione sono state considerate due tipi analisi, la simulazione energetica e di illuminamento, e due formati di interscambio, il file gbxml e il file IFC. Alla fine di questa prima fase sono state valutate le risposte sia dal punto di vista di trasmissione del dato che di validità delle simulazioni. Successivamente, i dati geometrici sono stati referenziati in un sistema geo-spaziale e, insieme alle informazioni energetiche, sono stati ospitati e manipolati all’interno di un Database gestionale in grado di archiviare le fonti e interrogarle per mezzo di servizi WEB

Dynamic simulation model of trans-critical carbon dioxide heat pump application for boosting low temperature distribution networks in dwellings

This research investigates the role of new hybrid energy system applications for developing a new plant refurbishment strategy to deploy small scale smart energy systems. This work deals with a dynamic simulation of trans-critical carbon dioxide heat pump application for boosting low temperature distribution networks to share heat for dwellings. Heat pumps provide high temperature heat to use the traditional emission systems. The new plant layout consists of an air source heat pump, four trans-critical carbon dioxide heat pumps (CO2-HPs), photovoltaic arrays, and a combined heat and power (CHP) for both domestic hot water production and electricity to partially drive the heat pumps. Furthermore, electric storage devices adoption has been evaluated. That layout has been compared to the traditional one based on separated generation systems using several energy performance indicators. Additionally, a sensitivity analysis on the primary energy saving, primary fossil energy consumptions, renewable energy fraction and renewable heat, with changes in building power to heat ratios, has been carried out. Obtained results highlighted that using the hybrid system with storage device it is possible to get a saving of 50% approximately. Consequently, CO2-HPs and hybrid systems adoption could be a viable option to achieve Near Zero Energy Building (NZEB) qualification

Verso la trasformazione del patrimonio edilizio italiano in NZEBs (Nearly Zero Energy Building): il progetto PRIN 2015

L’interesse dell’Unione Europea per la realizzazione di edifici energeticamente sostenibili è stato concretizzato attraverso la pubblicazione di molti documenti internazionali, tra cui la Direttiva europea 2010/31/UE, nota come EPBD Recast, che stabilisce che a partire dal 2021 tutti gli edifici di nuova costruzione debbano essere ad energia quasi zero (Nearly Zero Energy Building, NZEB), promuovendo anche la riqualificazione del patrimonio edilizio esistente in ottica NZEB. In questo quadro, il PRIN 2015 (Progetto di Ricerca di Interesse Nazionale) “Riqualificazione del parco edilizio esistente in ottica NZEB (nearly Zero Energy Buildings): costruzione di un Network Nazionale per la Ricerca” ha svolto un ruolo importante nell’ elaborazione di molteplici soluzioni per la trasformazione degli edifici esistenti in NZEB, mettendo in luce i progressi raggiunti e i possibili sviluppi futuri

Testing the BIM-ladybug tools interoperability. A daylighting simulation workflow

While a considerable number of studies on Building Information Modelling (BIM) have been conducted in recent years, this area of research has long been considered important in the building sector, with particular concerns about Energy Design. In this regard, the work proposes an automated early design workflow to evaluate the building daylighting perfor¬mance during the first design stages. Thanks to the po¬tential use of interchange files and visual coding tools, such as Grasshopper, it is possible to implement the par¬ametric design concepts, thus automating complex tasks. Specifically, in the analysed workflow, environmental algo¬rithms and simulations are integrated to achieve reliable results with the minimum error percentage in data loss. The main finding concerns the BIM applications to per¬form daylighting design by the use of Ladybug tools from the Autodesk Revit export

Innovative hybrid energy systems for heading towards NZEB qualification for existing buildings

This paper deals with the potential role of new hybrid energy systems application along with the heating share concept. It analyses the possibility to develop new plant refurbishment strategy so as to promote the deployment of small scale smart energy systems. Up to now, many new technologies have been implemented can be used for achieving the NZEB objectives. The paper clears up how is possible to share the heat for a small group of dwellings arranged in a single lot. Through the use of a new plant layout for high temperature heat production, it was possible to investigate and compare the results with the typical separated generation systems. Therefore, the new plant design allows the four dwellings to share a cold heat sink able to feed 4 trans-critical CO2 heat pumps. In this way, the four dwellings have been interconnected each other by that hydraulic loop while the electricity is generated by PV arrays and CHP. Outcomes of this comparative analysis has been reported and discussed

An Experimental Investigation on Energy Performance of The Hybrid Photovoltaic Thermal System

Climate change is a worldwide recognized problem, and its mitigation identified as one of the most significant challenges. The way to achieve this purpose is to reduce greenhouse gases (GHG) emissions through the energy system using renewables. The change from an energy system based on fossil fuels to renewable sources-based one is necessary on which the world community agrees. A photovoltaic thermal (PV/T) panel is a system that can produce both electricity and thermal energy simultaneously in one integrated system. This paper deals with hybrid energy systems, specifically a hybrid system to produce power and thermal energy from solar sources consisting of photovoltaic thermal modules. The hybrid system consists of 7 hybrid photovoltaic panels installed on the roof of the laboratory. This paper presents a study for experimental data obtained from a measurement campaign of the thermal and electrical behavior of a PV/T system in single and series models

ON-Tech: from Roman mortars to green innovative solutions

ON-Tech project is based on the idea to produce modern and green restoration mortars according to the recipe of ancient mortars from the Trajan Aqueduct (Rome, II century AD), which showed high durability and resistance thanks to a synergic combination of raw materials, grain size and production technology. The main objective is to realize eco-friendly restoration mortars, not harmful to humans and compatible with ancient materials, with high performance and minimum CO2 production to make them more effective and sustainable, to preserve cultural heritage for future generations. First, a preliminary characterization of three typologies of Pozzolan materials from the surrounding of Bracciano Lake has been provided by means of optical microscopy (OM), X-ray powder diffraction (XRPD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM-EDS). The results showed differences in the matrix, leucite crystals (presence, dimension, typology), amount of phenocrystals (clinopyroxenes and feldspars) and porosity. After the preliminary investigations, the pozzolan materials compatible with ancient samples were chosen for the new formulations, which have been then analyzed from the mineralogical point of view by FTIR and XRPD and non-destructive tests (usb analysis, peeling tests, Karsten tube, sponge test) in order to assess physical and mechanical characteristics and durability of the new products