Metodologia per l'analisi energetica di contesti edilizi = Methodology for the energy analysis of building contexts

The fight against climate change, the reduction of greenhouse gas emissions into the atmosphere and the lower consumption deriving from non-renewable sources see cities as important places in which to implement targeted policies to help achieve carbon neutrality objectives. In fact, urban agglomerations are responsible for a significant part of the planet's energy resource consumption. In order to study the energy performance of large areas such as neighborhoods and cities, scientific research has developed the Urban Energy Simulation Models - UESM designed to study energy consumption at the urban scale and evaluate the effectiveness of efficiency strategies. The objective of this work is the development of a methodology which, starting from the analysis of the urban contexts performed with different approaches depending on the desired level of detail, passing through the energy modeling phase, arrives at the construction of a georeferenced digital model in which to summarize the characteristics of the buildings through status indicators. The areas of interest coincide with predominantly residential neighborhoods or urban networks created between the II Post War and 1990, or areas that perform poorly from an energy point of view. The proposed methodology was designed with three different levels of development corresponding to LOD1, LOD4 and LOD1+, designed with different applicabilities and with an input data structure necessary for the calculation which is new in the scientific panorama, in particular with respect to non-geometric data. The LOD1 is designed for more simplified analyzes in which the constructions are represented as closed prismatic solids and the data collection activity takes place exclusively with techniques based on statistics or existing databases. The LOD4 is designed to conduct analyzes with a high level of detail in the representation of built objects, based on the double-camera photogrammetric survey (one RGB and the other thermographic) capable of characterizing the buildings from a thermophysical point of view starting from the double point cloud constructed; data collection at this level of detail involves the use of documentary analyses. This is followed by the construction phase of the BIM model and dynamic energy modeling implemented in Energy+. The LOD1+ is an improved version of the LOD1 (not foreseen in the CityGML standard not even with reference to the geometric aspects of the buildings) and involves the use of photogrammetric survey for an accurate representation of the building, for the estimate of the envelope performance and for the calculation of the ratio of windowed surfaces to opaque surfaces. Both LOD1+ and LOD1 involve the adoption of the simplified 5 resistance and 1 capacitance energy model described in ISO 13790. The developed methodology supports the analysis and planning activities of energy retrofit interventions through assessments based on different intervention scenarios. In this work, two case study applications were conducted, the first aimed at conducting reliability tests of the double-camera survey technique to conduct an assessment of the accuracy of the results obtained with respect to the geometric aspects and to estimate the thermal transmittance of the buildings. In the second case study there was an application of the methodology on an urban area and the validation took place through comparison between the simulated and measured energy consumption data. The methodology presented here is designed as a decision support tool that can be adopted by public or private building stock management companies.

Il contrasto al cambiamento climatico, la riduzione delle emissioni di gas serra in atmosfera e la diminuzione dei consumi derivanti da fonti non rinnovabili, vedono le città come luoghi importanti su cui attuare politiche mirate per favorire il raggiungimento degli obiettivi di carbon neutrality. Gli agglomerati urbani, infatti, sono responsabili di una parte significativa dei consumi di risorse energetiche del pianeta. Allo scopo di studiare le performance energetiche di aree ampie come quartieri e città, la ricerca scientifica ha sviluppato gli Urban Energy Simulation Models - UESM ideati per studiare i consumi energetici alla scala urbana e valutare l’efficacia delle strategie di efficientamento. L’obiettivo del presente lavoro è la messa a punto di una metodologia che, partendo dall’analisi del tessuto edilizio eseguita con differenti approcci a seconda del livello di dettaglio desiderato, passando per la fase di modellazione energetica, giunge alla costruzione di un modello digitale georeferenziato nel quale riportare attraverso degli indicatori di stato le caratteristiche degli edifici. Gli ambiti di interesse sono coincidenti con quartieri o maglie urbane a prevalenza residenziale realizzati tra il Secondo Dopoguerra e il 1990 ovvero aree scarsamente performanti dal punto di vista energetico. La metodologia proposta è stata ideata con tre diversi livelli di sviluppo corrispondenti ai LOD1, LOD4 e LOD1+, ideati con applicabilità diverse tra loro e con una struttura dati di input necessari al calcolo che è nuova nel panorama scientifico in particolare rispetto ai dati non geometrici necessari per la modellazione (tecnologia costruttiva, impianti, occupazione ed uso degli spazi, ventilazione naturale). Il LOD1 è pensato per le analisi più semplificate in cui le costruzioni sono rappresentate come solidi prismatici chiusi e l’attività di raccolta dati avviene esclusivamente con tecniche basate sulla statistica o su database esistenti. Il LOD4 è ideato per condurre analisi con un livello di dettaglio elevato nella rappresentazione degli oggetti costruiti, basato sul rilievo fotogrammetrico a doppia camera (una RGB e l’altra termografica) in grado di caratterizzare gli edifici dal punto di vista termofisico a partire dalla doppia nuvola di punti costruita; la raccolta dati a questo livello di dettaglio prevede l’impiego di analisi documentali. Segue la fase di costruzione del modello BIM e di modellazione energetica in regime dinamico. Il LOD1+ è una versione migliorata del LOD1 (non prevista nello standard CityGML nemmeno con riferimento agli aspetti geometrici del costruito) e prevede l’impiego del rilievo fotogrammetrico per una accurata rappresentazione del costruito, per la stima delle performance di involucro e per il calcolo del rapporto superfici finestrate su superfici opache. Sia il LOD1+ che il LOD1 prevedono l’adozione del modello energetico semplificato a 5 resistenze e 1 capacità descritto nella ISO 13790. La metodologia messa a punto supporta le attività di analisi e pianificazione degli interventi di retrofit energetico attraverso valutazioni basate su diversi scenari di intervento. Nel presente lavoro si sono condotte due applicazioni su casi studio, la prima finalizzata alla conduzione di test di affidabilità della tecnica di rilievo a doppia camera per condurre una valutazione di accuratezza dei risultati ottenuti rispetto agli aspetti geometrici e per la stima della trasmittanza termica di involucro. Nel secondo caso studio vi è stata una applicazione della metodologia su un’area urbana e la validazione è avvenuta mediante confronto tra i dati di consumo energetico simulato e quelli misurati. La metodologia qui presentata è ideata come strumento di supporto decisionale adottabile da parte di società pubbliche o private di gestione del patrimonio edilizio.