Progettazione di un edificio per uffici NZEB in clima caldo-umido ed elaborazione di una strategia per il controllo termoigrometrico in regime estivo

The aim of this Thesis is to develop strategies that allow the design of an NZEB office building in a hot-humid climate. The project area is located in Bangalore, India. The work is divided into three phases: a preliminary research aimed at assessing buildings energy consumption, government strategies and energy laws in this area, comparing them with the European and Northamerican scenario; an experimental investigation phase about the consumption of sample buildings, which led to the development of a strategy for thermo-hygrometric control, starting from the study of cooling degree days (CDD); finally, the building complex was designed. This final phase was achieved through an innovative and integrated design-energy optimization process, based on the combined use of Revit Autodesk and Insight energy simulator. In particular, an iterative process was carried out in which for each step of the modeling in the BIM environment, the related energy simulation was launched, whose results were then used to optimize the design choices. A thermo-hygrometric control was obtained through the design of a hybrid ventilation system, which is based on the use of both natural and mechanical ventilation. In particular, the buildings have been designed using strategies that increase the flow and speed of the air, so as to be able to depend on natural ventilation during the middle season, characterized by moderate outside temperature. In this season, natural ventilation is sufficient to cool and dehumidify the indoor air, guaranteeing that the levels set by the adaptive comfort model are reached. During the summer season, on the other hand, a mixed air-water system is activated, with a heat pump fed by the water of the lake adjacent to the project area. The NZEB objective has also been achieved through the use of a photovoltaic system on the roof.

L’obiettivo di questo lavoro di Tesi consiste nello sviluppo di strategie che consentano la progettazione di un edificio per uffici NZEB in contesto climatico caldo-umido. Nello specifico l’area di progetto si trova a Bangalore, in India. Il lavoro si articola in tre fasi: una fase di ricerca preliminare finalizzata a valutare i consumi energetici degli edifici, le strategie governative e i protocolli energetici che caratterizzano l’area geografica di interesse rispetto a Europa e Nord America; una fase di indagine sperimentale sui consumi di edifici campione, che ha portato all’elaborazione di una strategia per il controllo termoigrometrico, a partire dallo studio dei gradi giorno per il raffrescamento; infine, si è passati alla progettazione del complesso di edifici. Questa fase è stata realizzata attraverso un innovativo processo integrato di progettazione-ottimizzazione energetica, basato sull’utilizzo abbinato dell’ambiente BIM di Revit Autodesk e del simulatore energetico Insight. In particolare, si è realizzato un processo iterativo in cui per ogni step della modellazione nell’ambiente BIM è stata lanciata la relativa simulazione energetica, i cui risultati sono stati poi utilizzati per ottimizzare le scelte progettuali. Un controllo termoigrometrico ottimale è stato ottenuto tramite la progettazione di un sistema di ventilazione ibrida, che si basa sul duplice utilizzo di ventilazione naturale e meccanica. In particolare, gli edifici sono stati progettati utilizzando strategie che favoriscano e incrementino il flusso e la velocità dell’aria, in modo da poter ricorrere alla ventilazione naturale durante la stagione media, caratterizzata da temperature esterne moderate e inferiori rispetto a quelle interne, ragion per cui la ventilazione naturale risulta sufficiente a raffrescare e deumidificare l’aria interna, garantendo il raggiungimento dei livelli previsti dal modello di comfort adattivo. Durante la stagione estiva, invece, entra in funzione un impianto misto aria-acqua, con pompa di calore alimentata dall’acqua del lago adiacente all’area di progetto. L’obiettivo NZEB è stato raggiunto anche tramite l’impiego di un impianto fotovoltaico in copertura.