Panelization design tool photovoltaic application on prefabricated panels for facades

To support EU’s 2050 decarbonization targets, an intense process to reduce cost, intervention times, and improve energy performance of deep renovation of existing European stock in the construction sector is vital. In this scenario prefabrication can play an important role in the energy improvement of the construction industry with both the addition of thermal components as well as the option they provide for the assembling photovoltaics as and hence to produce onsite energy. The concept of Building-integrated Photovoltaics (BIPV) is one of the most promising strategies to employ clean energy in the built environment. This option enables the adoption of an industrial mindset to the design, manufacturing, and installation of façade components, with the related advantages in terms of time, cost and quality; on the other, it allows for the customization of components thanks to digital, BIM-based design and fabrication tools. However, the challenge of creating a tool to design and consider the limitations of both prefabricated panel with the addition of photovoltaics remains to be seen. Hence the current research introduces an operative guideline to support a more widespread use adding photovoltaics on prefabricated thermal insulation components for the energy retrofit of existing buildings in the framework of a BIM-enabled design and construction process. The study will then provide a design tool about a Decision Support System (DSS) able to guide all the figures involved in the early design stage of designing photovoltaics on prefabricated panels, to provide the designer with the option of photovoltaics that best suits their design; and then compare the effect with retrofitting mechanical systems in Geometric Modeling (3D), Time Planning (4D), Estimation and Cost Evaluation (5D), Performance Analysis (6D), Operational Management of Building (7D) and evaluate the parameters considered and the reciprocal interactions between them and accelerate the decision making in the early design stage.

Per sostenere gli obiettivi di decarbonizzazione dell'UE per il 2050, è fondamentale un intenso processo per ridurre i costi, i tempi di intervento e migliorare le prestazioni energetiche di un profondo rinnovamento dello stock europeo esistente nel settore delle costruzioni. In questo scenario la prefabbricazione può svolgere un ruolo importante nel miglioramento energetico del settore edile sia con l'aggiunta di componenti termici sia con la possibilità che essi prevedono di assemblare il fotovoltaico come e quindi di produrre energia in loco. Il concetto di fotovoltaico integrato negli edifici (BIPV) è una delle strategie più promettenti per impiegare energia pulita nell'ambiente edificato. Questa opzione consente l'adozione di una mentalità industriale nella progettazione, produzione e installazione di componenti di facciata, con i relativi vantaggi in termini di tempo, costi e qualità; dall'altro, consente la personalizzazione dei componenti grazie a strumenti di progettazione e fabbricazione digitali basati su BIM. Tuttavia, resta da vedere la sfida di creare uno strumento per progettare e considerare i limiti sia del pannello prefabbricato con l'aggiunta del fotovoltaico. La presente ricerca introduce quindi una linea guida operativa per supportare un uso più diffuso aggiungendo il fotovoltaico su componenti prefabbricati di isolamento termico per il retrofit energetico di edifici esistenti nell'ambito di un processo di progettazione e costruzione abilitato al BIM. Lo studio fornirà quindi uno strumento progettuale su un Decision Support System (DSS) in grado di guidare tutte le figure coinvolte nella prima fase di progettazione della progettazione del fotovoltaico su pannelli prefabbricati, per fornire al progettista l'opzione del fotovoltaico più adatta al suo progetto; e quindi confrontare l'effetto con sistemi meccanici di retrofit in Modellazione geometrica (3D), Pianificazione temporale (4D), Stima e valutazione dei costi (5D), Analisi delle prestazioni (6D), Gestione operativa dell'edificio (7D) e valutare i parametri considerati e il interazioni reciproche tra loro e accelerare il processo decisionale nella fase iniziale di progettazione.