One of the primary European Union’s “Europe 2020” energy strategies is the reduction of the total energy consumption by means of energy efficiency improvements. In the European Union (EU) the building sector is responsible of about the 40% of the total final energy consumption and of the 36% of the Europe global CO2 emissions. During the last decade the European Commission released the first legislative instrument aimed to improve the energy performance of buildings: the “Energy Performance of Building Directive (EPBD) was introduced in 2002 and updated in 2010. The first edition of the document focused the analysis on new buildings, in order to promote the diffusion of energy efficient buildings, characterized by very low energy demand, possibly almost zero energy buildings. The recast of the document introduces the important topic of the existing building stock. It presents and discusses the recommendations that the European Commission released so far and focused on the possibilities of increasing the energy efficiency of buildings according to feasible retrofit strategies. The renovation of the existing building stock and the improvement of the energy performance are expected to have a key role in the increasing of European energy efficiency as well, considering that the 75% of the future stock has already been built. This thesis aims to investigate the possibilities of energy saving existing in the residential building sector. Some case studies will be presented with integrated HVAC systems based on different sources (multi-energy systems) combined to operate in the most suitable conditions to achieve higher efficiency performance as a whole. This type of system will be referred as IMES (Integrated Multi-Energy Systems). IMES performance will be evaluated according to new and retrofitted buildings, in order to investigate different plant configurations performances and to determine the extension of their applicability domain. The first chapter provides an overview of the European building stock, in order to comprehend the magnitude of the issue. The composition and the age of the existent buildings are analyzed as well as the actual energy consumption according to the final uses. Based on the described situation, the requirements introduced by the EPBD are analyzed according to new and existent buildings. The second chapter presents an analysis carried out to assess the effectiveness, in terms of reduction of primary energy demand, of the retrofit of the building envelope and of the HVAC system in a single dwelling house. The analysis has been realized by the means of dynamic simulations carried out by means of the commercial transient code TRNSYS. A model of the building and of the thermal system has been implemented according to the situation before the retrofit, and several redevelopment actions have been evaluated in order to achieve the maximum energy saving. The third chapter presents an activity which aimed to esteem the performance analysis of an IMES conceived to serve a multi-residential building. The main purposes are: to identify the configuration of the system that maximize the contribution of the renewable energy resources, i.e. solar energy and the renewable share due to the use of an heat pump; to set the mathematical model of the thermal storage by the means of experimental measurements, in order to better replicate the behaviors of real storages; to investigate the possibility of extending the applicability domain of the IMES to traditional buildings, equipped with non-insulated envelopes and radiators as emissions devices. The fourth chapter presents an analysis on the energy saving possibilities according to the retrofit of the European building stock. The work has considered the composition of the dwellings around Europe, identifying a general classification of the existent buildings. The analysis has been conducted on the basis of four case studies which have been subjected to an energy performance analysis, according to the status before and after a major renovation of the building envelope and of the HVAC system. The energy performance has been evaluated by means of dynamic simulations carried out with the commercial software TRNSYS. The work aims to evaluate the possible energy savings due to the renovation of the buildings into low energy buildings; to achieve this goal 20 simulation have been carried out on the buildings models, and 80 simulations have been necessary to conclude the analysis on the performance of the HVAC system. Four cities have been considered in the study to assess the effects of the redevelopment in different European climate conditions: Budapest, Venice, Athens and Helsinki

Uno dei principali obiettivi del programma energetico europeo "Europe 2020" é la riduzione dei consumi finali di energia per mezzo di interventi mirati ad incrementale l'efficienza energetica. Nell'Unione Europea (EU) il settore edilizio é responsabile di circa il 40% dei consumi finali di energia e del 36% delle emissioni di CO2. Nel corso dell'ultimo decennio la Commissione Europea ha emanato il primo strumento legislativo mirato ad incrementale l'efficienza energetica del settore edilizio: la "Direttiva sull'Efficienza Energetica negli Edifici" (EPDB) é stata introdotta nel 2002 e successivamente aggiornata nel 2010. La prima edizione del documento focalizzava l'attenzione sugli edifici di nuova costruzione, con l'obiettivo di promuovere la diffusione di edifici energeticamente efficienti; la revisione introduce l'importante tema del parco edilizio esistente, mettendo in luce le possibilità connesse all'incremento dell'efficienza energetica degli edifici esistenti, per mezzo di strategie di retrofit mirate. Il rinnovamento del parco edilizio esistente e l'incremento delle prestazioni energetiche ricopriranno un ruolo determinante a livello europeo verso l'incremento complessivo dell'efficienza energetica. La presente tesi si propone di investigare quali possibilità di risparmio energetico risiedono nel settore residenziale. Sono presentati alcuni casi studio in cui i sistemi di climatizzazione HVAC sono stati analizzati per verificarne le capacità di soddisfare i fabbisogni energetici attraverso l'impiego di differenti sistemi di generazione (sistemi multi energia) combinati per operare ciascuno nelle condizioni di lavoro più favorevoli (sistemi integrati). La tipologia di impianti descritta viene definita IMES dall'acronimo inglese di sistemi integrati multi - energia. . Le prestazioni dei sistemi IMES sono state analizzate in relazione all'installazione presso edifici di nuova costruzione ed edifici ristrutturati, in modo da valutare le prestazioni di diverse configurazioni impiantistiche e di determinare il campo di applicabilità di tali sistemi Il primo capitolo fornisce una panoramica dello stato e della composizione del parco edilizio Europeo, al fine di comprendere l'entità del tema trattato. Sono presentati, inoltre, i dati riguardanti i consumi energetici relativi al settore edilizio che sono stati analizzati e discussi in relazione alle disposizioni introdotte dalla CE tramite l'EPBD e al suo aggiornamento. Il secondo capitolo presenta un'analisi condotta per verificare l'efficacia in termini di risparmio di energia primaria di un sistema IMES abbinato a un'abitazione monofamiliare. L'analisi si é servita di simulazioni dinamiche operate con il software commerciale TRNSYS, per mezzo delle quali sono stati creati un modello dell'involucro edilizio e un modello dell'impianto che sono stati quindi integrati per valutare le prestazioni energetiche complessive. Sono state valutate le condizioni pre e post rinnovamento dell'edificio e sono state, inoltre, considerate diverse configurazioni impiantistiche in modo da determinare quella capace di generare il massimo risparmio in termini di energia primaria. Il terzo capitolo riguarda l'analisi delle prestazioni dei sistemi IMES applicati ad un complesso residenziale di trenta unità abitative. Lo scopo principale é quello di valutare le prestazioni del sistema e di massimizzare il contributo di energia delle fonti rinnovabili, ovvero del sistema solare termico integrato e della quota di energia rinnovabile associabile al funzionamento dei sistemi dotati di pompa di calore. Si e' voluto inoltre migliorare la compatibilità' tra i sistema reale e la simulazione dinamica mediante una serie di test di laboratorio e di successive calibrazioni del modello matematico degli accumuli termici. Infine l'analisi e' stata estesa ad applicazioni del sistema IMES in edifici non ristrutturati, caratterizzati da involucri dalle basse performance energetiche e equipaggiati con sistemi di emissione del calore ad alta temperatura, quali i tradizionali radiatori. Il quarto capitolo estende l'analisi dei sistemi integrati in una valutazione ad ampio spettro compiuta sulla possibilità di risparmio energetico connesse al rinnovamento del parco residenziale Europeo. L'analisi ha valutato la composizione e la distribuzione delle tipologie edilizie sul territorio europeo, individuando quattro casi studio, edifici tipo, sui quali compiere le successive valutazioni. Le prestazioni energetiche dei casi studio sono state valutate in relazione al loro stato precedente e successivo ad una completa ristrutturazione dell'involucro edilizio e degli impianti tecnici. L'analisi é stata nuovamente operata per mezzo di una serie di simulazioni dinamiche in ambiente TRNSYS, mirate a valutare il possibile risparmio energetico legato alla riqualificazione dei casi studio in edifici a basso consumo energetico (LEB, Low Energy building). Allo scopo di garantire allo studio una prospettiva di carattere europeo,l'analisi é stata ripetuta e rimodulata per diversi climi: sono stati individuati quattro siti, caratterizzati da condizioni climatiche molto diverse tra loro, rispettivamente Budapest, Venezia, Atene e Helsinki

Innovative integrated solutions for the reduction of the energy demand and for the development of the renewable resources in residential buildings / Graci, Samantha. - (2014 Jan 30).

Innovative integrated solutions for the reduction of the energy demand and for the development of the renewable resources in residential buildings

Graci, Samantha
2014

Abstract

Uno dei principali obiettivi del programma energetico europeo "Europe 2020" é la riduzione dei consumi finali di energia per mezzo di interventi mirati ad incrementale l'efficienza energetica. Nell'Unione Europea (EU) il settore edilizio é responsabile di circa il 40% dei consumi finali di energia e del 36% delle emissioni di CO2. Nel corso dell'ultimo decennio la Commissione Europea ha emanato il primo strumento legislativo mirato ad incrementale l'efficienza energetica del settore edilizio: la "Direttiva sull'Efficienza Energetica negli Edifici" (EPDB) é stata introdotta nel 2002 e successivamente aggiornata nel 2010. La prima edizione del documento focalizzava l'attenzione sugli edifici di nuova costruzione, con l'obiettivo di promuovere la diffusione di edifici energeticamente efficienti; la revisione introduce l'importante tema del parco edilizio esistente, mettendo in luce le possibilità connesse all'incremento dell'efficienza energetica degli edifici esistenti, per mezzo di strategie di retrofit mirate. Il rinnovamento del parco edilizio esistente e l'incremento delle prestazioni energetiche ricopriranno un ruolo determinante a livello europeo verso l'incremento complessivo dell'efficienza energetica. La presente tesi si propone di investigare quali possibilità di risparmio energetico risiedono nel settore residenziale. Sono presentati alcuni casi studio in cui i sistemi di climatizzazione HVAC sono stati analizzati per verificarne le capacità di soddisfare i fabbisogni energetici attraverso l'impiego di differenti sistemi di generazione (sistemi multi energia) combinati per operare ciascuno nelle condizioni di lavoro più favorevoli (sistemi integrati). La tipologia di impianti descritta viene definita IMES dall'acronimo inglese di sistemi integrati multi - energia. . Le prestazioni dei sistemi IMES sono state analizzate in relazione all'installazione presso edifici di nuova costruzione ed edifici ristrutturati, in modo da valutare le prestazioni di diverse configurazioni impiantistiche e di determinare il campo di applicabilità di tali sistemi Il primo capitolo fornisce una panoramica dello stato e della composizione del parco edilizio Europeo, al fine di comprendere l'entità del tema trattato. Sono presentati, inoltre, i dati riguardanti i consumi energetici relativi al settore edilizio che sono stati analizzati e discussi in relazione alle disposizioni introdotte dalla CE tramite l'EPBD e al suo aggiornamento. Il secondo capitolo presenta un'analisi condotta per verificare l'efficacia in termini di risparmio di energia primaria di un sistema IMES abbinato a un'abitazione monofamiliare. L'analisi si é servita di simulazioni dinamiche operate con il software commerciale TRNSYS, per mezzo delle quali sono stati creati un modello dell'involucro edilizio e un modello dell'impianto che sono stati quindi integrati per valutare le prestazioni energetiche complessive. Sono state valutate le condizioni pre e post rinnovamento dell'edificio e sono state, inoltre, considerate diverse configurazioni impiantistiche in modo da determinare quella capace di generare il massimo risparmio in termini di energia primaria. Il terzo capitolo riguarda l'analisi delle prestazioni dei sistemi IMES applicati ad un complesso residenziale di trenta unità abitative. Lo scopo principale é quello di valutare le prestazioni del sistema e di massimizzare il contributo di energia delle fonti rinnovabili, ovvero del sistema solare termico integrato e della quota di energia rinnovabile associabile al funzionamento dei sistemi dotati di pompa di calore. Si e' voluto inoltre migliorare la compatibilità' tra i sistema reale e la simulazione dinamica mediante una serie di test di laboratorio e di successive calibrazioni del modello matematico degli accumuli termici. Infine l'analisi e' stata estesa ad applicazioni del sistema IMES in edifici non ristrutturati, caratterizzati da involucri dalle basse performance energetiche e equipaggiati con sistemi di emissione del calore ad alta temperatura, quali i tradizionali radiatori. Il quarto capitolo estende l'analisi dei sistemi integrati in una valutazione ad ampio spettro compiuta sulla possibilità di risparmio energetico connesse al rinnovamento del parco residenziale Europeo. L'analisi ha valutato la composizione e la distribuzione delle tipologie edilizie sul territorio europeo, individuando quattro casi studio, edifici tipo, sui quali compiere le successive valutazioni. Le prestazioni energetiche dei casi studio sono state valutate in relazione al loro stato precedente e successivo ad una completa ristrutturazione dell'involucro edilizio e degli impianti tecnici. L'analisi é stata nuovamente operata per mezzo di una serie di simulazioni dinamiche in ambiente TRNSYS, mirate a valutare il possibile risparmio energetico legato alla riqualificazione dei casi studio in edifici a basso consumo energetico (LEB, Low Energy building). Allo scopo di garantire allo studio una prospettiva di carattere europeo,l'analisi é stata ripetuta e rimodulata per diversi climi: sono stati individuati quattro siti, caratterizzati da condizioni climatiche molto diverse tra loro, rispettivamente Budapest, Venezia, Atene e Helsinki
30-gen-2014
One of the primary European Union’s “Europe 2020” energy strategies is the reduction of the total energy consumption by means of energy efficiency improvements. In the European Union (EU) the building sector is responsible of about the 40% of the total final energy consumption and of the 36% of the Europe global CO2 emissions. During the last decade the European Commission released the first legislative instrument aimed to improve the energy performance of buildings: the “Energy Performance of Building Directive (EPBD) was introduced in 2002 and updated in 2010. The first edition of the document focused the analysis on new buildings, in order to promote the diffusion of energy efficient buildings, characterized by very low energy demand, possibly almost zero energy buildings. The recast of the document introduces the important topic of the existing building stock. It presents and discusses the recommendations that the European Commission released so far and focused on the possibilities of increasing the energy efficiency of buildings according to feasible retrofit strategies. The renovation of the existing building stock and the improvement of the energy performance are expected to have a key role in the increasing of European energy efficiency as well, considering that the 75% of the future stock has already been built. This thesis aims to investigate the possibilities of energy saving existing in the residential building sector. Some case studies will be presented with integrated HVAC systems based on different sources (multi-energy systems) combined to operate in the most suitable conditions to achieve higher efficiency performance as a whole. This type of system will be referred as IMES (Integrated Multi-Energy Systems). IMES performance will be evaluated according to new and retrofitted buildings, in order to investigate different plant configurations performances and to determine the extension of their applicability domain. The first chapter provides an overview of the European building stock, in order to comprehend the magnitude of the issue. The composition and the age of the existent buildings are analyzed as well as the actual energy consumption according to the final uses. Based on the described situation, the requirements introduced by the EPBD are analyzed according to new and existent buildings. The second chapter presents an analysis carried out to assess the effectiveness, in terms of reduction of primary energy demand, of the retrofit of the building envelope and of the HVAC system in a single dwelling house. The analysis has been realized by the means of dynamic simulations carried out by means of the commercial transient code TRNSYS. A model of the building and of the thermal system has been implemented according to the situation before the retrofit, and several redevelopment actions have been evaluated in order to achieve the maximum energy saving. The third chapter presents an activity which aimed to esteem the performance analysis of an IMES conceived to serve a multi-residential building. The main purposes are: to identify the configuration of the system that maximize the contribution of the renewable energy resources, i.e. solar energy and the renewable share due to the use of an heat pump; to set the mathematical model of the thermal storage by the means of experimental measurements, in order to better replicate the behaviors of real storages; to investigate the possibility of extending the applicability domain of the IMES to traditional buildings, equipped with non-insulated envelopes and radiators as emissions devices. The fourth chapter presents an analysis on the energy saving possibilities according to the retrofit of the European building stock. The work has considered the composition of the dwellings around Europe, identifying a general classification of the existent buildings. The analysis has been conducted on the basis of four case studies which have been subjected to an energy performance analysis, according to the status before and after a major renovation of the building envelope and of the HVAC system. The energy performance has been evaluated by means of dynamic simulations carried out with the commercial software TRNSYS. The work aims to evaluate the possible energy savings due to the renovation of the buildings into low energy buildings; to achieve this goal 20 simulation have been carried out on the buildings models, and 80 simulations have been necessary to conclude the analysis on the performance of the HVAC system. Four cities have been considered in the study to assess the effects of the redevelopment in different European climate conditions: Budapest, Venice, Athens and Helsinki
energy, efficiency, buildings, retrofit, hvac, simulations, TRNSYS
Innovative integrated solutions for the reduction of the energy demand and for the development of the renewable resources in residential buildings / Graci, Samantha. - (2014 Jan 30).
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