Energy and comfort analysis for a high performance building in the Mediterranean climate

The building sector is responsible for a large amount of the world’s primary energy use, about 40% in the developed countries; thus, energy reduction in this sector is crucial for the mitigation of climate change and to provide healthier urban environments. Over the last decades, in the European countries the building sector has become a strategic focus of governments and private institutions. One of the first concepts developed to pursue high performance buildings is the Passive House (PH) protocol, supporting mostly passive strategies. Another fundamental reference is the concept of nearly Zero Energy Building (nZEB), defined in the recast version of the Energy Performance of Buildings Directive (Directive 2010/31/EU). Following this, in the past years a wide range of additional definitions have been provided for the nZEB, however focused on excellent final energy performance. In particular, each member State had to provide a national definition for nZEB, developing a dedicated calculation method; on the contrary the PH definition and calculation is unique and applicable in all of the countries. In this thesis, the focus is placed on an existing Passive House located in Mascalucia (CT), in South Italy. The building was conceived as a Living Lab and equipped with a monitoring system that provides meaningful information regarding its performance in terms of energy and thermal comfort, under different boundary and operational conditions. The building, completed in 2011, is not yet verified as an nZEB. The first part of this thesis refers to the evaluation of the building’s energy performance. The monitoring data have provided valuable information for the total energy use and the energy production by renewable energy sources, as well as their balance. Additionally, the verification of the building as an nZEB has been developed. In the nZEB definitions the focus is placed on the energy performance mostly; however a high performance building is supposed to provide also excellent indoor environmental conditions. The second part of the thesis deals, therefore, with the thermal comfort analysis of the building, during the different seasons. Both the energy and comfort analysis refers to the period starting from the 1st of July 2017 to the 30th of June 2018, thus a yearly performance assessment has been provided, referring to all the possible boundary conditions, i.e. weather, occupancy, and control strategies. This is of fundamental importance to provide an early evaluation of the global performance of the building.

Il settore edilizio occupa una percentuale importante del fabbisogno energetico mondiale; nei paesi sviluppati circa il 40%. La riduzione degli usi energetici in questo settore, quindi, è cruciale per la mitigazione del cambiamento climatico e per fornire ambienti urbani più salubri. Negli ultimi decenni, principalmente nei paesi europei, il settore edilizio è diventato strategico per governi e istituzioni private. Uno dei primi concetti sviluppati per la realizzazione di edifici ad alte prestazioni è il protocollo Passive House (PH), che supporta principalmente strategie passive. Un altro riferimento fondamentale è il concetto di edificio a energia quasi zero (nZEB), così come definito nella seconda versione della direttiva sul rendimento energetico nell'edilizia (direttiva 2010/31/UE). Negli anni, è stata fornita una vasta gamma di definizioni per l'nZEB, tutte focalizzate sull’efficienza energetica. In particolare, ogni stato membro, è tenuto a fornire una definizione nazionale per l’nZEB, sviluppando un metodo di calcolo dedicato. Al contrario, la definizione e il calcolo per una PH sono unici e applicabili in tutti i paesi. In questa tesi, l'attenzione si concentra su una Passive House situata a Mascalucia (CT), nel Sud Italia. L'edificio è stato concepito come Living Lab ed è dotato di un sistema di monitoraggio che fornisce informazioni significative sulle sue prestazioni in termini di energia e comfort termico, rispetto a diverse condizioni operative e climatiche. L'edificio, completato nel 2011, non è ancora stato verificato come nZEB. La prima parte di questa tesi si riferisce alla valutazione delle prestazioni energetiche dell'edificio: i dati di monitoraggio hanno fornito informazioni preziose riguardo l'utilizzo totale e la produzione di energia da fonti rinnovabili, grazie a questi dati è stato possibile valutare il bilancio energetico annuale dell’edificio. Inoltre, è stata verificata, tramite calcoli, la coerenza dell’edficio con la definizione nazionale di nZEB. Nelle varie versioni della definizione dell’nZEB l'attenzione è rivolta principalmente alla prestazione energetica, nonostante sia riconosciuto che un edificio ad alte prestazioni debba fornire anche condizioni ambientali interne eccellenti. Nella seconda parte della tesi, quindi, è stata svolta un’analisi di comfort termico dell'edificio durante le diverse stagioni. Entrambe le analisi, energetica e comfort, si riferiscono al periodo che definito dal 1 luglio 2017 al 30 giugno 2018; è stata quindi fornita una valutazione annuale delle prestazioni che fa riferimento a tutte le possibili condizioni al contorno: cioè meteorologiche, di occupazione e di controllo. Questo è di fondamentale importanza per fornire una valutazione preliminare delle prestazioni globali dell'edificio.