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La simulazione dinamica delle prestazioni per la progettazione e gestione di edifici ad energia positiva: il caso della Solar House ReStart4Smart al Solar Decathlon Middle East 2018

Informazioni tesi

  Autore: Enrico Gabrielli
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2018-19
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Energetica
  Relatore: Giuseppe Piras
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 275

Questa attività di ricerca ha avuto la durata di due anni, nell’ambito della partecipazione da parte della “Sapienza Università di Roma” alle olimpiadi dell’architettura sostenibile, svoltesi a Dubai nel novembre del 2018. La tesi ha un duplice obiettivo, il primo è stato quello di supportare la fase di progettazione, edificazione e gestione della Solar House ad energia positiva, presentata dal Team Sapienza al concorso di gara, attraverso software di simulazione energetica dinamica, e il secondo obiettivo è stato quello di validare i modelli matematici creati attraverso il monitoraggio della Solar House durante il periodo di competizione a Dubai. L’attività di ricerca si è divisa in sei fasi principali. La prima fase è stata quella di selezionare i migliori software di simulazione energetica presenti sul mercato, valutando quelli che potessero dare un miglior contributo alle effettive esigenze del progetto ReStart4Smart, classificandoli in base alle loro potenzialità, al loro utilizzo e alla compatibilità con altri programmi. Successivamente si ha avuto il supporto dei software selezionati alla progettazione attraverso un’accurata analisi illuminotecnica, termica e di produzione fotovoltaica. Come terza fase sono state fatte le simulazioni termiche dinamiche e della produzione fotovoltaica del progetto esecutivo, simulazioni che hanno ricoperto un periodo annuale ed un periodo relativo alla gara svoltasi a Dubai. Come quarta fase è stato fatto un monitoraggio sul campo delle effettive performance della Solar House, costruita dagli studenti della “Sapienza Università di Roma” a Dubai. Successivamente al monitoraggio sono stati analizzati i dati rilevati e confrontati con i dati fatti dalle simulazioni energetiche sul progetto esecutivo. Il lavoro svolto ha dimostrato che è stata fatta una scelta corretta dei software di simulazione energetica scelti per la fase di progettazione, infatti il prototipo del Team Sapienza ha avuto un comportamento come preventivato e simulato in fase di progettazione, cioè come un Positive Energy Building producendo, nonostante gli stress termici a cui è stato sottoposto, più del 40% di energia elettrica di quella effettivamente utilizzata, questo grazie al basso consumo dell’abitazione. Per il modello matematico della produzione fotovoltaica i risultati ottenuti attraverso il software PVsyst hanno riportato dei valori in linea con quelli effettivamente rilevati, con una produzione simulata minore del 6% rispetto a quella effettivamente rilevata, questo dato dovuto ad una differenza delle condizioni meteo rispetto a quelle simulate, ed a una manutenzione ordinaria effettuata durante la fase di gara svoltasi a Dubai, fattore che nel modello matematico non è stato tenuto in considerazione. Mentre per il modello matematico relativo alle simulazioni termiche sviluppato in Design Builder e simulato attraverso Energy Plus, si ha avuto una forte differenza tra i dati simulati e i dati reali, nonostante che la casa abbia avuto un ottimo comportamento. Queste diversità sono dovute ad una differenza dei dati di input rispetto a quello che è stato effettivamente fatto durante la fase di competizione. Dopo una correzione del modello matematico la differenza tra le simulazioni e i dati effettivamente monitorati ha ridotto il gap, validando il modello matematico stesso utilizzato in fase di progettazione. La tesi ha permesso di valutare le cause delle differenze tra un prototipo di Solar House e il suo modello matematico utilizzato per la progettazione, fornendo la possibilità nelle ricerche future di ridurre e prevedere in fase di progettazione e di simulazione le eventuali differenze con l’effettiva realizzazione dell’edificio.

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Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale – Sapienza Università di Roma V INTRODUZIONE Durante il dopo guerra, in una condizione socio-economica in risalita, è nata in Italia, oltre che nel resto d’Europa, una continua e sempre più inarrestabile speculazione edilizia. In questo fenomeno molte tematiche sono state trascurate o non considerate, a partire dall’efficientamento energetico 1 delle abitazioni. Il settore delle costruzioni è considerato una delle aree critiche riguardo le emissioni di CO2 e particolato, infatti, a causa della loro bassa efficienza, gli edifici sono responsabili del più del 30% delle emissioni in atmosfera. Tuttavia, il mondo dell’edilizia è quello che ha un maggior margine di miglioramento rispetto al settore automobilistico o industriale, perché l’efficienza energetica può essere sfruttata attraverso interventi atti all’ottimizzazione delle prestazioni dell’involucro o degli impianti di distribuzione. Inoltre, un maggiore sviluppo delle prestazioni energetiche dell’intero edificio, comporta un vantaggio sia dal punto di vista della salute degli utenti che occupano l’edificio stesso, aumentandone le condizioni di comfort, sia da un punto di vista economico, diminuendo i costi di gestione e di manutenzione. Attraverso questa tesi si cerca di dare una risposta e un metodo ad una progettazione atta a massimizzare le prestazioni dell’edificio sin dalla sua fase iniziale, intervenendo su aspetti essenziali come lo studio del suo orientamento, migliorandone le prestazioni passive, ponendo l'attenzione all’involucro edilizio, ad esempio con l’utilizzo di materiali innovativi che ne ottimizzano le performance, ed infine intervenendo sui sistemi della casa come quelli termici, illuminotecnici e quelli per la produzione fotovoltaica. Questo lavoro si è svolto all’interno di un percorso di ricerca applicata di una durata di oltre due anni, nell’ambito della partecipazione dell’Università “La Sapienza” di Roma, in rappresentanza dell’Italia, alle “Olimpiadi dell’Architettura sostenibile” svoltesi a 1 La prima normativa in Italia risale al 1976 con la Legge n. 373/1976 legge nata per la prima crisi petrolifera che si manifestò in Europa

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