Affordable nZEB : energy and comfort analyses of low cost strategies for nearly zero energy buildings

The thesis has been developed in the context of the EU project AZEB (Affordable Zero Energy Buildings), which aims to achieve significant construction and lifecycle cost reductions of new nearly Zero Energy Buildings (nZEBs) through integral process optimization in all construction phases. In the first part, the theme of the definition of nZEB according to European standards has been addressed, with a focus on the Italian situation and the national energy requirements. The literature review about the current barriers to the diffusion of nZEBs has highlighted the importance of economic feasibility and the necessity to identify cost-effective strategies and solutions to reduce the costs while obtaining performance optimization. Comfort assessments and cost saving approaches are analysed. In the second part, the thesis investigates three affordable strategies for nZEBs: the use of low flow showerheads, focusing on the market overview and the cost saving potential, a new prefabricated technology with straw insulation for the building envelope and the natural night ventilation, assessed through feasibility study and calculation method for the airflow rate, according to European standards. In the last part, the selected solutions are evaluated through the virtual application in a real school building, which has been chosen as case study. The use of analytical methods and the dynamic energy model of the school, realized with the French software Pleiades, has allowed estimating the energy, cost and comfort potential of the different measures. The results underline the effectiveness of simple and low cost technologies for the rational use of water, the advantages of choosing sustainable envelope solutions and the benefits of natural ventilation for indoor thermal comfort.

La tesi è stata sviluppata nel contesto del progetto Europeo AZEB (Affordable Zero Energy Building), che ha lo scopo di raggiungere importanti riduzioni dei costi di costruzione e del ciclo di vita di edifici a energia quasi zero (nZEB) attraverso l’ottimizzazione del processo in tutte le fasi di costruzione. Nella prima parte è stato analizzato il tema della definizione di edificio nZEB in base alle normative Europee, con particolare attenzione alla situazione italiana e ai requisiti energetici nazionali. Un’analisi di letteratura delle barriere esistenti alla diffusione di edifici nZEB ha sottolineato l’importanza della fattibilità economica e la necessità di identificare strategie economiche ed efficaci, per ridurre i costi e ottimizzare le prestazioni. Sono stati analizzati i principali metodi di valutazione del comfort termico e alcuni approcci per il risparmio dei costi. Nella seconda parte, l’elaborato analizza tre strategie per edifici a energia quasi zero: l’utilizzo di docce a basso flusso, concentrandosi sulla panoramica di mercato e la potenzialità di risparmio economico, una nuova tecnologia prefabbricata con isolamento in paglia per l’involucro edilizio e la ventilazione naturale notturna, valutata attraverso uno studio di fattibilità e un metodo di calcolo per i ricambi d’aria, in accordo con le normative Europee. Nell’ultima parte, le soluzioni selezionate sono state analizzate attraverso l’applicazione in un edificio scolastico reale, che è stato scelto come caso di studio. L’utilizzo di metodi analitici e del modello energetico dinamico, realizzato con il software francese Pleiades, ha permesso di stimare la prestazione energetica, i costi e il comfort delle varie strategie. I risultati sottolineano l’efficacia di dispositivi semplici ed economici per l’uso razionale dell’acqua, i vantaggi della scelta di soluzioni sostenibili per l’involucro edilizio e i benefici della ventilazione naturale per il comfort termico indoor.