Scenari di mobilità elettrica e relativi impatti negli smart building

Awareness of the negative effects of climate change is driving political and technological choices, which aim to reduce greenhouse gas emissions through decarbonization. This objective is affecting the design of buildings, which are responsible for 40% of energy consumption and therefore among the largest producers of greenhouse gas emissions. But the transportation sector is undergoing a radical transformation: the introduction of electric mobility will cause several changes, including the mode of refueling, with the possibility of recharging vehicles at home or at work, modifying the electricity consumption of buildings. The objective of this thesis is to propose, through an integrated approach, the evaluation of the energy consumption for a newly smart building, and the estimate of the additional electrical load due to the use of charging columns, assuming different scenarios, for electric mobility. To reach this aim, a defined workflow has been followed. It allowed the analysis of the overall consumption profile, starting from a dynamic hourly simulation through the use of IES-VE 19, for the definition of heating and cooling needs, up to the evaluation of all the devices. The definition of such consumption is particularly complex in the residential sector, but a careful analysis has been carried out, considering the actual data of the literature. The calculated consumption ranges from 59 kWh/m2 to 84 kWh/m2, if electric mobility is considered for all users of the building, reaching an incidence equal to 25% of the total demand. Consequently, four photovoltaic system powers were evaluated, to define the variation of parameters such as self-consumption and self-sufficiency in relation to the ALR, also considering different scenarios of car charging profile. To complete the analysis, the calculation of the payback time of the economic and environmental investment has been proposed. Finally, a parameterization was carried out from the results of the case study, in order to obtain data that can be interfaced with other projects, appropriately considering the possible variations due to the hypotheses and the peculiar characteristics of the model. These projects, such as those presented in the last chapter, allowed me to assess the potential for reducing the consumption of existing buildings and the potential energy production on roofs, providing new tools to promote decarbonization and the production of renewable energy, relevant issues to slow down the climate changes.

La consapevolezza degli effetti negativi dei cambiamenti climatici sta guidando le scelte politiche e tecnologiche, che mirano all’abbattimento delle emissioni dei gas effetto serra attraverso la decarbonizzazione. Tale obiettivo, sta modificando la progettazione degli edifici, responsabili del 40 per cento del consumo di energia e quindi tra i maggiori produttori. Ma il settore oggetto di una trasformazione radicale è quello dei trasporti: l’introduzione della mobilità elettrica causerà diversi cambiamenti, tra cui la modalità di rifornimento, con la possibilità di ricaricare il veicolo a casa o sul posto di lavoro, andando a modificare i consumi elettrici degli edifici. L’obiettivo di questa tesi è quindi, attraverso un approccio integrato, proporre la stima dei consumi per una smart building di nuova realizzazione e la valutazione del carico elettrico aggiuntivo dovuto all’utilizzo delle colonnine di ricarica, ipotizzando diversi scenari, per la mobilità elettrica. Per fare ciò si è seguito un flusso di lavoro che ha permesso di analizzare il profilo di consumo complessivo, partendo da una simulazione dinamica oraria attraverso l’utilizzo di IES-VE 19, per la definizione del fabbisogno di riscaldamento e raffrescamento, fino ad arrivare alla valutazione di tutti gli apparecchi presenti. La definizione di tali consumi risulta particolarmente complessa in ambito residenziale, ma si è cercato di effettuare un’attenta analisi, considerando quanto presente in letteratura. I consumi calcolati variano da 59 kWh/m2 a 84 kWh/m2, nel caso la mobilità elettrica sia considerata per tutti gli utenti dell’edificio, raggiungendo un’incidenza pari al 25 per cento del totale. Conseguentemente si sono valutate quattro potenze di impianto fotovoltaico, per definire la variazione dei parametri quali l’autoconsumo e l’autarchia in relazione all’ALR, tenendo conto anche diversi scenari di profilo di ricarica delle auto. Per completare l’analisi, è stato proposto il calcolo del tempo di ritorno dell’investimento economico e ambientale. Infine, si è effettuata una parametrizzazione dai risultati del caso studio, per ottenere dei risultati che potranno essere interfacciati con altri progetti, considerando opportunamente le possibili variazioni dovute alle ipotesi e le caratteristiche peculiari del modello. Tali progetti, come quelli presentati nell’ultimo capitolo, permettono di valutare i potenziali di riduzione dei consumi degli edifici esistenti e i potenziali di produzione delle superfici delle coperture, fornendo nuovi strumenti per favorire la decarbonizzazione e la produzione di energia rinnovabile, temi di fondamentale importanza per rallentare il fenomeno dei cambiamenti climatici.