Towards NZEB : optimization of a multifunctional toolkit for building retrofit. The HEART study case

This thesis is focused on the study and the optimization of the HEART toolkit for energetic retrofit of residential buildings. This paper has as objective the optimization of the sizing of the system sub-components that allow the system to reach the project objectives in terms of energetic performances needed to reach the nZEB status and minimizing the interaction between building and grid. First was presented the evolution of the definition of Zero Energy Building followed by a detailed description of the legislative situation both at European and Italian level on this building category. It is followed by a detailed description of HEART project: its objectives, contents, and effects of its application. After defining a state of the art through the description of various study cases that allowed the observation of the canonic technology involved in the nzeb refurbishment projects. Afterwards I thoroughly described the computer model used to simulate the building thanks to a software named TRNsys that allows dynamic simulations of energetic systems. Thanks to the simulations we were able to monitor and keep track of the behavior of the sub-components and of the overall system. After a detailed description of the aforementioned sub-components and their technology, I analyzed the simulations and the indexes that were used to assess the building performances as well as the proposition for a new set of indicators inspired by the ones found in literature but allowing a more complete overview of the refurbishment process. To conclude I performed a comparative study with the solution found with other configurations with different technologies but applied on the same model and also with real study cases that were monitored.

Questo lavoro di tesi è focalizzato sullo studio e l’ottimizzazione del toolkit per il retrofit energetico degli edifici residenziali presentato nel progetto HEART. Questo studio si prefigge l’obiettivo di trovare il dimensionamento ottimale che permetta al progetto di raggiungere gli obiettivi di performance energetica della categoria nZEB e al contempo minimizzare l’interazione tra rete e edificio. In un primo momento sono presentate le definizioni di net Zero Energy Building seguite da una descrizione della situazione legislativa Europea e Italiana riguardante questa categoria di edifici. Quest’analisi è seguita da una descrizione dettagliata del progetto HEART: gli obiettivi, i contenuti del toolkit e gli effetti desiderati derivanti dall’utilizzo di questo strumento. Dopodiché viene svolta una descrizione dello stato dell’arte attraverso l’osservazione di casi studio che permettono di fare un inquadramento dell’attuale situazione tecnologica riguardante il refurbishment energetico. A seguire una descrizione del modello computazionale usato per simulare il comportamento dell’edificio. Per farlo è stato utilizzato un software chiamato TRNsys per l’analisi dinamica dell’edificio e del funzionamento dei sub-componenti. Dopo una dettagliata descrizione dei suddetti sub-componenti e della loro tecnologia, vengono descritte le simulazioni effettuate e gli indici usati per stimare le performance dell’edificio. Vengono proposti anche degli indici alternativi ispirati da quelli in letteratura per lo sviluppo di indici che descrivessero in modo piu completo il retrofit. Per concludere viene fatto uno studio comparativo tra il punto di ottimo del modello e altre configurazioni contenenti diverse tecnologie e poi uno studio comparativo con dei casi studio presenti in letteratura.