Efficienza energetica e comfort termoigrometrico – verso una valutazione integrata delle prestazioni degli edifici

Andrea Gasparella

Congresso internazionale dell’Agenzia CasaClima COSTRUIRE CON INTELLIGENZA

DESIGN AND COMFORT 30.01.2015

Contesto

Riduzione dei consumi energetici

Soluzioni economicamente efficaci

Soluzioni che preservino comfort termico indoor

OTTIMIZZAZIONE MULTI-OBIETTIVO

MIGLIORE COMBINAZIONE DI

INTERVENTI?

POSSIBILI INTERVENTI

Contesto

OBIETTIVI

Edifici di Riferimento

Involucro trasparente:

Vetro singolo

Ugl=5.7 W m-2 K-1

Telaio in legno

Ufr=3.2 W m-2 K-1

Generatore: Standard

Emissione: Radiatori

Control system: On-Off

Distribuzione: Isolamento

Moderato

Localitá

Milano Messina

Esposizione Finestre

Est Sud

Rapporto di forma

S/V=0.97 m-1

S/V=0.63 m-1 S/V=0.3 m-1

Prestazioni termiche

R1=0.97 m2 K W-1

R2=2.04 m2 K W-1

Edifici di Riferimento

Strategie per la riqualificazione energetica

ISOLAMENTO ESTERNO

SOSTITUZIONE INFISSI

Da 0 a 20 cm (step 1cm) • Muri esterni • Solaio copertura • Solaio pavimentazione

Telaio alte prestazioni • DH – Doppio, Alto SHGC • DL – Doppio, Basso SHGC • TH – Triplo, Alto SHGC • TL – Triplo, Basso SHGC

SISTEMA RISCALDAMENTO

• Caldaia a modulazione, η=96%

• Caldaia a condensazione, η=101%

SISTEMA VENTILAZIONE

Sistema di ventilazione meccanica con recuperatore di calore

Ottimizzazione Multi-Obiettivo

GA ALGORITMO DI OTTIMIZZAZIONE

+ SOFTWARE DI SIMULAZIONE

PERFORMANCE ENERGETICHE

COSTI TOTALI

ENERGIA PRIMARIA PER RISCALDAMENTO (EPH)

VALORE ATTUALE NETTO (NPV)

1

2 EU 244/2012

Ottimizzazione Multi-Obiettivo: Metodo

NPV

PEC

NPV

Ottimizzazione Multi-Obiettivo: Fronte di Pareto

Le soluzioni «ottimali» appartengono al fronte di PARETO: Soluzioni non dominate

PRIMA GENERAZIONE

GENITORI DELLA GENERAZIONE SUCCESSIVA

SECONDA GENERAZIONE

PEC

Risultati per ottimizzazione EPH e NPV

REF 1 - EST

MILANO MESSINA

0

10

20

30

40

50

60

0 25 50 75 100 125 150

NP

V [k E

UR

]

EPH [kWh m-2 yr-1]

2000<WDT<3000

>4000

EPH [kWh m-2 y-1] EPH [kWh m-2 y-1]

S/V=0.3 S/V=0.3

S/V=0.63

S/V=0.97

S/V=0.63

S/V=0.97

1000

2000

3000

4000

WDT VENTILAZIONE

MECCANICA VENTILAZIONE MECCANICA

WDT= Tempo di discomfort pesato EN 15251:2007

di quanto e per quanto tempo la

Temperatura operativa é fuori dalla banda di comfort

Ottimizzazione Multi-Obiettivo

GA ALGORITMO DI OTTIMIZZAZIONE

+ SOFTWARE DI SIMULAZIONE

PERFORMANCE ENERGETICHE

COMFORT INDOOR

COSTI TOTALI

ENERGIA PRIMARIA PER RISCALDAMENTO (EPH)

VALORE ATTUALE NETTO (NPV)

TEMPO DI DISCOMFORT PESATO (WDT) EN 15251:2007

1

2

3

EU 244/2012

Risultati per ottimizzazione EPH – NPV - WDT

REF 1 – EST – S/V = 0.63

MILANO

0

10

20

30

40

50

60

0 25 50 75 100 125 150

NP

V [k E

UR

]

EPH [kWh m-2 yr-1]

4000<WDT

4000<WDT

0

10

20

30

40

50

60

0 25 50 75 100 125 150

NP

V [

k E

UR

]

EPH [kWh m-2 yr-1]

<1000

1000<WDT<2000

2000<WDT<3000

3000<WDT<4000

>4000

1000

2000

3000

4000

WDT

Risultati per ottimizzazione EPH – NPV - WDT

REF 1 – EST – S/V = 0.3

MILANO MESSINA

Risultati per ottimizzazione EPH – NPV - WDT

REF 1 – EST – S/V = 0.97

MILANO MESSINA

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 50 100 150 200

WD

T [

K h

]

EPH [kWh m-2 yr -1]

NAT

MVS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 50 100 150 200

WD

T [

K h

]

EPH [kWh m-2 yr -1]

NAT

MVS

EPH – WDT e strategie di Retrofit

REF 1 – EST – S/V = 0.97

MILANO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 50 100 150 200

WD

T [

K h

]

PEC [kWh m-2 yr -1]

SINGLE

DH

DL

TH

TL

EPH [kWh m-2 y-1] EPH [kWh m-2 y-1]

Occcupanti

“if a change occurs such as to produce discomfort, people react in ways which tends to restore their comfort” Nicol JF & Humphreys, 2002.

In che modo gli occupant possono influenzare la determinazione delle soluzioni ottimali e il comfort indoor?

Se T operative > T comfort: • Apertura Finestre • Schermature

Risultati per ottimizzazione EPH – NPV - WDT

MILANO - REF 1 – SUD – S/V = 0.63

SENZA OCCUPANTI CON OCCUPANTI

Risultati per ottimizzazione EPH – NPV - WDT

MESSINA - REF 1 – SUD – S/V = 0.63

SENZA OCCUPANTI CON OCCUPANTI

Conclusioni

high reduction of buildings Primary Energy for Heating increases the Weighted Discomfort Time, because of the overheating.

in climates and in the cases with predominant heating ,needs (Milan, S/V=0.97. REF1) a much higher number of retrofit measures achieves the economic efficiency;

in the hotter climate and for “better” starting conditions (Messina, S/V=0.3, REF2) the energy retrofit is not economically convenient, and the Incentives should cover an higher fraction of the Investment Costs;

Conclusions

Testing of incentives adressed to specific EEMs able to promote solutions with higher thermal comfort, that are not usually selected because of high upfront cost.

Incentives promote an higher level of EEMs, improving the energy efficiency of the optimal solution and reducing considerably their NPV, at the expenses of the indoor thermal comfort that is decreased.

…Future developments