Scoprire le potenzialità di una rigenerazione urbana all insegna della sostenibilità

Transcript

1 CUNEO 28 APRILE 216 Scoprire le potenzialità di una rigenerazione urbana all insegna della sostenibilità Guglielmina Mutani

2 Sommario I risultati dei progetti di ricerca: - Cities on Power, Empowering, QUADRANTE e EEB Edifici a Zero Consumo Energetico in Distretti Urbani Intelligenti Ricerca in corso: - Come varia il consumo di energia degli edifici in funzione della forma urbana dei quartieri - Variazioni microclimatiche all interno di una città 2

3 Modelli architettonici Fonte: Conferenza Energia 21 e oltre, Politecnico di Torino, 24 febbraio 21 Prof. Federico Butera: Efficienza energetica negli edifici 3

4 5 Regole Dipendenza energetica da approvvigionamenti esteri e da gas naturale. Solo il 7% dei consumi totali deriva da produzione interna e si utilizza gas naturale per il 66% 1. Ridurre l energia consumata 2. Tecnologie più efficienti 3. Sistemi di controllo e regolazione 4. Fonti rinnovabili 5. Costi di investimento + funzionamento Fonte: Conferenza Energia 21 e oltre, Politecnico di Torino, 24 febbraio 21 Prof. Federico Butera: Efficienza energetica negli edifici 29/4/216 4

5 Promuove il risparmio energetico e l uso di fonti energetiche rinnovabili nelle aree urbane (Varsavia, Klagenfurt, Ravenna e Torino) Più del 5% della popolazione mondiale vive nelle città Attraverso il G.I.S. (Geographical Information System o Sistema Informativo Geografico) si può analizzare, rappresentare, interrogare il territorio 5 5

6 Obiettivi Cities on Power (central Europe) L applicazione di un modello per il calcolo del fabbisogno termico degli edifici residenziali e pubblici con un sistema geografico libero (QGis versione Lisboa 1.8.) a scala di edificio, quartiere, città o territorio La valutazione del potenziale di risparmio energetico anche in funzione delle caratteristiche socio-economiche del territorio L analisi delle fonti energetiche rinnovabili disponibili: solare, geotermica, biomassa ed idroelettrico Uno strumento interattivo per i cittadini, le amministrazioni pubbliche e gli enti per promuovere soluzioni per ridurre la bolletta energetica 29/4/216 6

7 Bottom-up model Top-down model Concept Who? SEAP-Covenant of Mayors Metropolitan City of Turin Data Hourly climatic data Technical Map of the Metropolitan City of Torino (CTP) Municipal Technical Map for the Cities (CTC) 211 ISTAT census Thermal and electrical energy consumption data at Municipality scale Energy vectors Statistical model on municipality scale (with information on the distribution of energy consumption data based on heated volumes or number of users, ) Optimization of bottom-up and top-down approaches Building scale Urban scale Definition of a simplified energy-use model for heating, hot water production and electrical use Who? DH agency Municipalities Public administrations Data Data at building scale : construction period, envelope typologies, system efficiencies, type of users, Thermal and electrical energy consumption data at building scale Users behavior, 29/4/216 7

8 < >1991 Il fabbisogno termico Dipende dai dati climatici, dall epoca di costruzione, dal fattore di forma S/V e dal tasso medio di occupazione (percentuale di alloggi occupati) + un fattore correttivo caratteristico del parco edilizio Definizione degli edifici tipo e dati climatici e consumi dalla letteratura S/V,72,57 S/V,71,46 S/V,56 S/V, Correzione dei modelli sulla base del consumo specifico del parco edilizio esistente 29/4/216 8

9 Edifici analizzati da 2 edifici a 3 edifici 29/4/216 9

10 Modelli semplificati a scala urbana 29/4/216 1

11 Definition of correction factor to consider at urban scale: urban contest, buildings energy renovation level, % RES distribution, typology of user, and demographic factors because energy-use models describe correctly the energy consumption of heated buildings but they do not fully understand the spatial variability of the heated and unheated spaces and the real extension of the indoor spaces. 29/4/216 11

12 GWh Modello GIS Edifici residenziali EPOCA COSTRUZ. FATTORE_FORMA <,46 <,56 <,72 >=,72 METRI_CUBI TOT < > TOT Definizione dei coefficienti correttivi e demografici Modello a scala di edificio (Cities on Power) Modello a scala comunale Consumo su base giornaliera nella residenza, uffici e scuole Consumo di energia termica su base giornaliera negli edifici residenziali Profilo orario Modello consumi (Empowering) Giorni

13 Classe energetica A+ A B C D E F G NC Totale Periodo di costruzione Fino al Dal TORINO 29/4/ Totale

14 Progetto QUADRANTE Zona Area (km 2 ) 1,43 2,64 3,26 4,66 5,64 6,85 7,38 8,56 9,23 1, ,11 12, ,13 14,54 15,29 16,8 17 1,3 18,4 19 1,7 2 2, , 22 3, ,92 RESIDENZA Fattori d'emissione (g/mwh) NOx 192 TSP 28 Modello 14 emissioni

15 Analisi Città Metropolitana di Torino Classe A+: < 27 kwh/(m 2 a), classe A: kwh/(m 2 a), classe B: kwh/(m 2 a), classe C: kwh/(m 2 a), classe D: kwh/(m 2 a), classe E: kwh/(m 2 a), classe F: kwh/(m 2 a), classe G: kwh/(m 2 a) e classe NC: > 435 kwh/(m 2 a) Periodo di costruzione Classe energetica < >21 Totale A ,7% A ,5% B ,4% C ,8% D ,4% E ,4% F ,5% G ,8% NC ,4% Totale 18,8% 15,9% 27,9% 2,6% 6,3% 1,% 3,9% 5,6% % degli edifici 219 kwh/(m 2 a) 29/4/216 15

16 Analisi Città Metropolitana di Torino Classe A+: < 27 kwh/(m 2 a), classe A: kwh/(m 2 a), classe B: kwh/(m 2 a), classe C: kwh/(m 2 a), classe D: kwh/(m 2 a), classe E: kwh/(m 2 a), classe F: kwh/(m 2 a), classe G: kwh/(m 2 a) e classe NC: > 435 kwh/(m 2 a) Classe energetica Fattore di forma S/V>,71,56<S/V,71,45<S/V,56 S/V,45 Totale complessivo A ,5% A ,7% B ,4% C ,8% D ,4% E ,4% F ,5% G ,8% NC ,4% Totale 55% 24% 9% 11% % degli edifici 219 kwh/(m 2 a) 29/4/216 16

17 La fattibilità socio-economica ISTAT 211 Period of construction factor [Fpc] Education factor [Fed] Feasibility index (F) Age factor [Fage] Age factor: active population (24-65) / total population. Variables: ECONOMIC, DECISION, INTEREST Education factor: population with scholastic graduation / total population Variables: AWARENESS Employment factor: employed people / total population. Variables: ECONOMIC, CREDIT ACCESS Occupation factor [Fo] Employmen t factor [Fe] Building's occupation factor: % of occupied buildings. Variables: DECISION, INTEREST Period of construction factor: buildings built before Variables: DECISION, INTEREST PROCESS 29/4/216 17

18 Indice di fattibilità socio-economica F (1858 sez. cens.) Definizione delle variabili che possono influenzare la fattibilità di investimento degli interventi migliorativi: Età media < 24 anni oppure > 64 anni Disoccupazione: n disoccupati/fascia attiva Residenti non proprietari Impianto centralizzato o edificio condominiale Livello di istruzione Individuazione del peso relativo delle variabili: Valor medio Fattore età (fe) Fattore istruzione (fi) Fattore occupazione (fo) Starting from 141,85 energy performance certificates (APE) the analysis was focused on 3,51 retrofit interventions APE (2.5%) Fattore proprietà (fp) Fattore condominio (fc),58,33,93,55,59 Peso,3,2,2,15,15 F =,3. fe +,2. fi +,2. fo +,15. fp +,15. fc 29/4/216 18

19 Classi di fattibilità socio-economica 1858 sezioni di censimento Classe 1 (F <,42) Sostituzione infissi Classe 2 (,42 F <,5) Sostituzione infissi + Sostituzione caldaia Classe 3 (,5 F,58) Sostituzione infissi + Isolamento sottotetto e solaio Classe 4 (F >,58) Sostituzione infissi + Isolamento sottotetto e solaio 29/4/ Sostituzione caldaia + Isolamento pareti verticali

20 Effetto localizzativo Centri storici Aree teleriscaldate o teleriscaldabili Percentuale di edifici % 17% 22% Classi di fattibilità Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 bassa media alta molto alta Intervallo iniziale <,42,42-,5,5-,58 >,58 Teleriscaldamento (TLR) <,46 -,46-,58 >,58* Centri storici <,42,42-,5,5** Centri storici e teleriscaldamento <,46 -,46-29/4/216 2

21 La prestazione energetica UNI 1349:1994 (da rilievo) UNI 1349:1994 UNI/TR 11552:214 UNI CEI / TR 11428:211 + UNI CEI EN :214 UNI EN 1563:28 21

22 Edifici tipo 29/4/216 22

23 29/4/216 23

24 La riqualificazione energetica 29/4/216 24

25 Risparmio energetico raggiungibile Novalesa e Venaus 42-43% 6-7% 19% per Torino e 26% per la Provincia di Torino 27% per Torino e 37% per la Provincia di Torino 29/4/216 25

26 Prestazione energetica degli edifici Torino F=45% Risp= 1-16% Pecetto (TO) F=64% Risp= 53-82% 29/4/

27 kwh Metodo dei quadranti Metodo per valutare le priorità di intervento < kwh/m 2 29/4/216 27

28 Consumo di energia termica (kwh/anno) Scuole ed edifici pubblici Con la Direttiva 212/27/UE l Unione Europea tenta di accelerare il raggiungimento degli obiettivi indicati dal pacchetto clima-energia scuole 66 scuole EX JERVIS AALTO SRAFFA AVOGADRO y = 24,175x R² =,75 y = 2,894x R² =,9 BUNIVA S. LEVI-ARDUINO /4/ Volume (m 3 )

29 29/4/216 29

30 Consumo energetico specifico mensile (kwh/m3) Potenza termica erogata specifica (W/m3) Differenza di temperatura media mensile ( C) 25 2 Consumi specifico mensile (kwh/m 3 ) OTTOBRE NOVEMBRE DICEMBRE GENNAIO FEBBRAIO MARZO APRILE Consumi e firme energetiche 211/212 21/211 29/ Annex B Energy monitoring norma UNI EN1563: y = -,445x + 7,622 R² =,8593 y = -1,2361x + 24,752 R² =, /4/216 3 Temperatura media mensile ( C) -

31 Edifici tipo e risparmio energetico 29/4/216 31

32 Applicazioni con il solare DSM (Digital Surface Model) = DTM (Digital Terrain Model) + 3D buildings 29/4/216 32

33 Tool "r.sun" GRASS GIS (o ArcGIS) Month Average day % of diffuse radiation Linke Turbidity factor January ,5 February ,3 March , April ,2 29/4/216 33

34 Mappe di irradiazione solare 29/4/216 34

35 Mappe del potenziale fotovoltaico PV potential with roof-integrated technologies: Involved Municipalities: the metropolitan area η MC =15% η PC =12% η FS = 6% Legend PV electricity production (21) Turin < 65 MWh MWh MWh MWh > 1.2 MWh Potential electricity production from PV (considering the competitive space requirement of ST panels) 29/4/216 35

36 La domanda di energia elettrica per il residenziale Piani di Azione per l Energia Sostenibile (Patto dei Sindaci) /sustainable-energy-actionplans_it.html 29/4/216 36

37 Potenziale FV integrato sulle coperture degli edifici Town Buildings B (21) Apartments A (21) A/B PV potential (MWh) Electrical energy demand EE (MWh) PV/EE (%) Baldissero T.se , ,3 Chieri , ,3 Grugliasco , ,6 Moncalieri , ,6 Nichelino , ,1 Pecetto Torinese , ,1 Pino Torinese , ,9 Settimo Torinese , ,1 Torino , , 37 37

38 no.it/cms/ambiente/risorseenergetiche/osservatorioenergia/portale-solare 38 38

39 Il consumo di energia e la forma urbana kwh kwh m 2 m 2 measured building kwh m 2 urbancontext. 39

40 . Il consumo di energia e la forma urbana kwh kwh m 2 m 2 measured building kwh m 2 urbancontext. The Urban Morphology factor (UM) is defined as: UM BCR H / W BD / W The Solar factor (S) is defined as: S MOS H / Havg. 4

41 Il confronto tra i consumi di energia e la forma urbana Census parcels UM [-] S [-] GUMS [-] Consumption [kwh/m 3 ] avg

42 CitySim models 42

43 CitySim models 43

44 kwh/m y = 191.3x x y = 63.6x x V H 2,4,5,6,7,8,9 GUMS kwh/m y = 66.28x x BCR 15,,1,2,3,4,5 GUMS 44

45 35 y = 88.47x x kwh/m y = 55.42x x BCR [m 2 /m 2 ] H/W [-] UM optimal [-] S>1.15 S< ,,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1, GUMS Solar factor Urban Morphology factor UM and Heating Energy-use [kwh/m 3 ] avg UM <.3.3 < UM <.36 UM >.36 S < 1.15 BCR1, BCR2 BCR3, BCR4 BCR BCR8 BCR V1 V2 V S > 1.15 BCR5 BCR R-BCR8 R-BCR H1, H2 H

46 Il microclima nell ambiente urbano kwh kwh m 2 m 2 measured building kwh m 2 urbancontext. TORINO 46

47 Torino e le stazioni meteo 47

48 La forma urbana U e l esposizione solare P ArcGIS

49 L albedo A 49

50 Le caratteristiche delle 8 sezioni di censimento analizzate Turin s weather station BCR (m 2 /m 2 ) BD (m 3 /m 2 ) H (m) H/W (-) H/H avg (m/m) MBO (-) MOS (-) U (-) P (-) A (-) via della Consolata Giardini Reali Reiss Romoli Vallere Alenia Buon Pastore Italgas Politecnico di Torino Turin (average)

51 Le temperature medie mensili registrate dalle 5 stazioni meteo ARPA Month via della Consolata Giardini Reali Reiss Romoli Vallere Alenia T m T m

52 I modelli di regressione lineare T air = f (GUPA) = f ( T m, BCR, H/W, MOS, H/H aver, MBO, A) = = (α 1. ΔT m ) + (α 2. BCR) + (α 3. H/W) + (α 4. MOS) + (α 5. H/H aver ) + (α 6. MBO) + (α 7. A) [ C] Tair = f (GUPA) = ( ΔTm) + (3.31. BCR) +.1. H/W) + (2.38. MOS) + (.55. H/Haver) + (-.44. A) [ C] (Eq. 6) Tair = f (GUPA) = ( ΔTm) + (2.19. BCR) + (.99. H/W) + + (2.9. MOS) + + (.74. H/Haver) + (-.56. A) + (-.53. H2) (Eq. 7) 52

53 via della Consolata Weather Station Relative error - % Model eq. 6 Model eq. 7 via della Consolata Giardini Reali Reiss Romoli Vallere Alenia

54 Le mappe del microclima a Torino

55 Per approfondimenti: Analisi del fabbisogno di energia termica degli edifici con software geografico libero. Il caso studio di Torino, G. Mutani, G. Vicentini, Journal: LA TERMOTECNICA, vol. 6, July-August 213, pp , ISSN: ( La fattibilità degli interventi di riqualificazione energetica per gli edifici residenziali. L applicazione ed i risultati di un analisi socio-economica nella Provincia di Torino, G. Mutani, G. Vicentini, Journal: IL PROGETTO SOSTENIBILE, December 213, Edicom Ed., pp. 8-87, ISSN: ( Evaluating the potential of roof-integrated photovoltaic technologies using an open geographic information system La potenzialità dei sistemi solari fotovoltaici integrati nelle coperture degli edifici con le tecniche GIS open source, G. Mutani, G. Vicentini, 8th ENERGY FORUM on Advanced Building Skins, EF ECONOMIC FORUM, November 5-6th, 213, Bressanone (BZ), pp.87-92, ISBN ( Un modello per valutare il consumo energetico per la climatizzazione invernale degli edifici residenziali. Il caso studio di Torino, G. Mutani, M. Pairona, Journal: L Ufficio Tecnico, Ed. Maggioli, Italy, May 214, pp.21-36, ISSN ( Buildings' energy consumption, energy savings and the availability of renewable energy sources in urban contexts: the potential of GIS tools, G. Mutani, G. Vicentini, Journal of Civil Engineering and Architecture Research, Volume 2, Number 11, 215, ISSN: , pp ( The role of urban form and socio-economic variables for estimating the building energy savings potential at the urban scale, C. Delmastro, G. Mutani, L. Schranz, G. Vicentini, International Journal of Heat and Technology Vol.33 (215), No.4, pp.91-1, DOI /ijht ( Urban morphology and energy consumption in Italian residential buildings, C. Delmastro, G. Mutani, M. Pastorelli, G. Vicentini, 4th International Conference on Renewable Energy Research and Applications ICRERA-215, IEEE Conference Publications, pp: , DOI: 1.119/ICRERA ( The Urban Microclimate and the Urban Heat Island. A model for a sustainable urban planning, G. Mutani, F. Fiermonte, Urban and Landscape Perspectives. Topics and Methods for Landscape, Urban and Architectural Design, Editors R. Ingaramo and A. Voghera, Springer, in press. Space heating energy consumption and urban form. The case study of residential buildings in Turin (Italy) (SDEWES ), G. Mutani, A. Gamba, S. Maio, 11th Conference on Sustainable of Energy, Water and Environmental Systems, Lisbon, September 216, accepted. Urban planning for the liveability and thermal comfort of outdoor spaces (SDEWES ), G. Mutani, 11th Conference on Sustainable of Energy, Water and Environmental Systems, Lisbon, September 216, accepted. 29/4/216 55