ECO-BUILDING: le tecnologie CAE a supporto della progettazione integrata di edifici sostenibili... anche nei costi

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1 ECO-BUILDING: le tecnologie CAE a supporto della progettazione integrata di edifici sostenibili... anche nei costi Università di Trento: Prof. Antonio Frattari Dott. Ing. Maria Cristina Grillo Enginsoft: Dott. Ing. Angelo Messina Dott. Ing. Silvia Demattè Dott. Ing. Mauro Zanato energetica dinamica e di ottimizzazione nel

2 Introduzione L edificio oggetto di studio si trova a Felettano, in provincia di Udine. È stato realizzato tra il 2007 ed il 2010 dal Gruppo Polo Le Ville Plus di Cassacco (UD). Le sue caratteristiche principali sono: _ la progettazione secondo i principi della bioclimatica, _ l uso di materiali naturali, rinnovabili e riciclati per la costruzione, _ lo sviluppo di un innovativo sistema costruttivo intelaiato in legno, _ l integrazione con sistemi energetici alimentati da fonti energetiche alternative, _ l installazione di un sistema domotico (home automation) per la gestione dei consumi energetici, _ la comparazione tra diversi modelli matematici.

3 Caratterizzazione bioclimatica L edificio utilizza elementi passivi per ottimizzare: _ riscaldamento invernale orientamento dell edificio aperture a sud involucro isolato termicamente _ raffrescamento estivo e ventilazione aperture sui 4 lati effetto camino sistemi ombreggianti elevato sfasamento termico copertura ventilata tetto verde _ comfort degli abitanti comfort termico visuale esterna spazi esterni

4 Orientamento dell edificio La forma dell edificio è stata progettata per ottimizzare lo sfruttamento degli apporti gratuiti del sito.

5 Ventilazione naturale La ventilazione naturale dell edificio è garantita dallo scambio di aria fredda proveniente dalle aperture a nord e dall aria calda entrante da sud. Le finestre del secondo piano consentono all aria calda, più leggera, di uscire per effetto camino.

6 Ombreggiature verdi L utilizzo di alberature e piante come sistemi ombreggianti evita il surriscaldamento: _ alberi a foglia caduca ad est proteggono dal sole mattutino estivo; _ alberi a foglia caduca ad ovest proteggono dal sole pomeridiano estivo; _ siepi basse a nord ed a sud lasciano libera la vista sul paesaggio.

7 Sistemi ombreggianti Come ulteriore protezione dal sole estivo, sulle facciate est ed ovest le finestre sono schermate da frangisole orientabili.

8 Laghetto esterno Il laghetto balneabile esterno: _ in estate riflette la radiazione solare (negativa) incidente sulla superficie dell acqua verso il cielo; _ in inverno reirradia la radiazione solare (positiva) incidente sull acqua verso la casa; _ lungo il perimetro vi è una fascia non balneabile in cui si trovano alcune piante per la fitodepurazione dell acqua.

9 Tetto verde L edificio è caratterizzato dalla presenza di due tetti verdi: _ il primo verso nord dove la vegetazione è costituita da sedum, specie caratterizzata da crescita lenta, che non richiede molta luce solare, _ il secondo è rivolto a sud, e la sua superficie curva è completamente ricoperta di rose.

10 Comfort degli abitanti Un edificio bioclimatico deve tenere in considerazione il benessere delle persone che lo abitano, per questo: _ la facciata a nord dell edificio non è completamente cieca, per consentire agli abitanti il contatto col paesaggio circostante (profilo delle Alpi Giulie), _ a sud gli abitanti hanno la possibilità di godere del giardino esterno e di affacciarsi sulla grande terrazza al primo piano. _ ad est dell edificio, una parte del giardino è stata destinata ad orto biologico.

11 Materiali naturali Per la costruzione sono stati utilizzati materiali a basso impatto ambientale: _ legno per la struttura portante, _ pannelli in fibra di legno per isolare l intercapedine delle pareti, _ pannelli in sughero per la realizzazione del cappotto esterno.

12 Materiali riciclati e riciclabili _ la pavimentazione esterna è stata realizzata con laterizi riciclati, _ l ingresso principale è costituito da un cancello in ferro riciclato, che non è stato sottoposto ad alcun trattamento superficiale antiruggine, _ la cucina è in vetro ed alluminio riciclati e riciclabile al 100%.

13 Casa Zero Energy L abitazione può essere considerata un edificio zero energy perchè: _ ha un fabbisogno energetico molto basso, _ non utilizza combustibili fossili, _ il fabbisogno energetico richiesto è soddisfatto da sistemi impiantistici alimentati da fonti energetiche rinnovabili. La casa, iniziata nel 2007, può quindi essere considerata un anticipazione della direttiva europea 31/2010/CE che richiede che tutti i nuovi edifici residenziali, a partire dal 2020, siano edifici near zero energy.

14 Fonti energetiche rinnovabili Gli impianti dell edificio sono: _ impianto fotovoltaico da 14,6 kwh, _ pannelli solari termici per l ACS, _ geotermico orizzontale con pompa di calore acqua-aria. La PDC è integrata con l impiano di riscaldamento a pavimento, che in estate funziona a ciclo inverso anche come sistema di raffrescamento.

15 Serra solare Altro elemento caratterizzante è la presenza della serra solare, integrata nella facciata sud, che consente: _ di ampliare attraverso uno spazio tampone lo spazio abitabile dell edificio, _ di preriscaldare l aria in ingresso dell abitazione. estate inverno

16 Simulazione edificio La simulazione matematica è stata realizzata utilizzando il prototipo della suite BENIMPACT di ENGINSOFT (intervento durante la seconda parte del workshop). _ modellazione geometrica, _ definizione di materiali e proprietà dell involucro: solaio controterra pareti tetti finestre _ definizione delle zone termiche: abitazione _ scelta delle portate di ventilazione, _ modellazione degli impianti: pompa di calore impianto fotovoltaico pannelli solari termici

17 Risultati della simulazione _ 1 Fase 1: valutazione del fabbisogno energetico dell edificio senza il contributo dato dalla serra solare. In questo caso si ha una sola zona termica. _ area riscaldata = 378 mq _ persone = 4 _ fabbisogno ACS = 75 l/persona Energia prodotta Colletori solari kwh Pannelli fotovoltaici kwh Energia necessaria ACS_no collettori 80 kwh Riscaldamento kwh EP i 27 kwh/m 2 anno Raffrescamento kwh EP e 27 kwh/m 2 anno Energia consumata COP kwh EER 2, kwh Energia elettrica venduta kwh 35 temperatura 180 consumo energetico Temperature [ C] Power [W] Month Month Environment:Outdoor Dry Bulb [C](Hourly) Z1ZONEHVAC:IDEALLOADSAIRSYSTEM:Ideal Loads Air Heating Rate[W](Hourly) Z1:Zone Mean Air Temperature [C](Hourly) Z1ZONEHVAC:IDEALLOADSAIRSYSTEM:Ideal Loads Air Total Cooling Rate[W](Hourly)

18 Risultati della simulazione _ 2 Fase 2: valutazione del fabbisogno energetico considerando il contributo fornito dalla serra solare. In questo caso abitazione e serra vengono studiate come due zone termiche differenti. La porta ad un abbattimento dei consumi per il riscaldamento pari a 6 kwh/m 2 anno, da 27 a 21 kwh/m 2 anno. Energia prodotta Colletori solari kwh Pannelli fotovoltaici kwh Energia necessaria ACS_no collettori 80 kwh Riscaldamento 8116 kwh EP i 21 kwh/m 2 anno Raffrescamento 8521 kwh EP e 23 kwh/m 2 anno Energia consumata COP kwh EER 2, kwh Energia elettrica venduta kwh 45 temperatura 160 consumo energetico Temperatura [ C] Potenza [W] Mese Environment:Outdoor Dry Bulb [C](Hourly) Mese Z1ZONEHVAC:IDEALLOADSAIRSYSTEM:Ideal Loads Air Heating Rate[W](Hourly) Z2:Zone Mean Air Temperature [C](Hourly) Z1:Zone Mean Air Temperature [C](Hourly) Z1ZONEHVAC:IDEALLOADSAIRSYSTEM:Ideal Loads Air Total Cooling Rate[W](Hourly)

19 Monitoraggio dell edificio In questo momento l edificio è sottoposto a monitoraggio, per capire quanto la realtà si discosti o meno dal modello progettuale. _ In realtà, l abitazione è suddivisa in 12 diverse zone termiche, _ in tutte le zone sono presenti sensori di temperatura, _ inoltre, sono presenti dei multimetri che misurano il consumo energetico di impianti ed apparecchi elettrici.

20 Dati del monitoraggio _ 1 Temperature del 29 Giugno Lavanderia Cucina Salone Studio App. custode Camera 1 Bagno Camera 2 Disimpegno Camera padronale Bagno padronale Guardaroba

21 Dati del monitoraggio _ 2 Giorno medio nel periodo 15 Giugno 15 Luglio Lavanderia Cucina Salone Studio App. custode Camera 1 Bagno Camera 2 Disimpegno Camera padronale Bagno padronale Guardaroba

22 Dati del monitoraggio _ 3 Comportamento medio dell abitazione Lavanderia Cucina Salone Studio App. custode Camera 1 Bagno Camera 2 Disimpegno Camera padronale Bagno padronale Guardaroba Media casa

23 Analisi dei dati _ 1 Comparazione tra le temperature minime interne e le temperature minime esterne 29,00 27,00 25,00 23,00 21,00 19,00 17,00 15,00 13,00 11,00 9,00 15/06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /07/ /07/201105/07/201107/07/201109/07/201111/07/201113/07/201115/07/2011 Lavanderia Cucina Salone Studio App. custode Camera 1 Bagno Camera 2 Disimpegno Camera padronale Bagno padronale Guardaroba ESTERNA

24 Analisi dei dati _ 2 Comparazione tra le temperature massime interne e le temperature massime esterne 35,00 33,00 31,00 29,00 27,00 25,00 23,00 21,00 19,00 17,00 15,00 15/06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /07/ /07/201105/07/201107/07/201109/07/201111/07/201113/07/201115/07/2011 Lavanderia Cucina Salone Studio App. custode Camera 1 Bagno Camera 2 Disimpegno Camera padronale Bagno padronale Guardaroba ESTERNA

25 Comparazione tra simulazione e monitoraggio Temperatura 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 26,2 26 Comportamento simulato 25,8 25,6 25,4 25,2 25 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 Media oraria CASA reale Media oraria CASA simulata Comportamento reale Ora giorno medio

26 Conclusioni Raffrontando i dati derivanti dalla simulazione ed i dati del monitoraggio è possibile evidenziare alcuni aspetti interessanti: la semplificazione dell edificio, considerato per la simulazione con due sole zone termiche, è risultata valida vista l omogeneità delle temperature interne, il comportamento dell edificio è buono e molto simile a quello del modello progettuale per quanto riguarda il periodo estivo, eccetto alcuni picchi di temperatura in zone specifiche della casa, il comfort è stato raggiunto durante l intero periodo considerato. Sviluppi futuri: continuare il monitoraggio durante la stagione invernale per definire il fabbisogno reale dell edificio, raffrontare il reale comportamento invernale con la simulazione, misurare l effettivo contributo energetico della.

27 ECO-BUILDING: le tecnologie CAE a supporto della progettazione integrata di edifici sostenibili... anche nei costi Progetto: Lab. di Progettazione Edilizia Università di Trento Prof. Antonio Frattari (coordinatore) Dott. Ing. Rossano Albatici Dott.Ing. Fabio Bernardi Dott. Ing. Michela Chiogna Dott. Ing. Michela Dalprà Simulazione-monitoraggio: Lab. di Progettazione Edilizia Università di Trento Dott. Ing. Maria Cristina Grillo Dott Ing. Francesco Passerini Simulazione: Enginsoft Trento Dott. Ing. Angelo Messina Dott. Ing. Mauro Zanato Dott. Ing. Silvia Demattè Realizzazione: Gruppo Polo-Le Ville Plus Grazie per l attenzione.