Energy renovation of a historic villa. Opportunities and limits in improving energy efficiency and internal comfort conditions of heritage buildings

In Europe 49% of the dwellings were built before 1970 but the first shy approach on energy savings dates back to 1974 and evolved through the decades with increasingly complex rules. Nowadays, climate change requires the adoption of severe measures to contain greenhouse gas emissions. The European Union has drawn up ambitious plans including a 55% reduction by 2030 of net greenhouse gas emissions compared to 1990 levels to reach carbon neutrality by 2050. However, such goals clash with a building stock not originally designed to satisfy them but above all with the presence in Europe of historic or listed buildings that add further complexity: it is necessary to reconcile energy efficiency with the conservation of their historical, architectural and cultural values. This thesis work focuses on the energy improvement of a listed villa hosting community services, such as exhibition halls, a library and conference rooms. The first steps concern the climate analysis, the definition of the thermophysical characteristics of the envelope, the definition of the technical systems, the setting of occupancy profiles and the creation of the model, carried out with Edilclima software. The intervention strategies consider the constraints of the building and are divided into the energy improvement of the envelope and the efficiency of the plant systems. Three different generation systems are examined in order to understand which one best suits the needs of lower environmental impact and thermal comfort. Electric air-water heat pumps are chosen in the final configuration as they can operate with energy from renewable sources thus allowing a reduction in CO2 emissions. The planned interventions bring the building closer to the requirements determined by the Italian legislation to comply with the nZEB standard. To conclude, the total costs of the interventions can be amortized in the long term as shown in the cost analysis, also due to the addition of a cooling system. The analysis demonstrates that the energy efficiency of historic buildings is possible and leads to an improvement in energy performance as well as to better internal comfort.

In Europa il 49% degli edifici residenziali è stato costruito prima del 1970 ma i primi timidi approcci in materia di risparmio energetico risalgono al 1974 per evolvere nei decenni con norme sempre più complesse. Oggigiorno il cambiamento climatico impone l’adozione di misure severe per contenere le emissioni di gas serra. L’Unione europea ha elaborato piani ambiziosi che prevedono la riduzione delle emissioni nette dei gas serra del 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990 e la neutralità carbonica entro il 2050. Questi obiettivi si scontrano però con un patrimonio edilizio non progettato per soddisfarli nonché con la presenza in Europa di edifici storici o vincolati che aggiungono un’ulteriore complessità: occorre conciliare l’efficientamento energetico con la conservazione dei loro valori storici, architettonici e culturali. La tesi si concentra sul miglioramento energetico di una villa storica vincolata ospitante servizi per la comunità, quali una biblioteca, sale mostre e sale conferenze. I primi passi riguardano l’analisi climatica, la definizione delle caratteristiche termofisiche dell’involucro, la definizione degli impianti installati, l’impostazione dei profili di occupazione e la creazione del modello utilizzando il software Edilclima. Gli interventi tengono conto dei vincoli dell’edificio e si dividono tra miglioramenti energetici dell’involucro ed efficientamento dei sistemi impiantistici. Tre diversi sistemi di generazione sono esaminati per comprendere quale meglio si adatti alle esigenze di minor impatto ambientale e comfort termico. La scelta ricade su pompe di calore elettriche aria–acqua che oltre a sfruttare una quota di energia da fonti rinnovabili permettono un abbattimento delle emissioni di CO2. Gli interventi pianificati avvicinano l’edificio ai requisiti imposti per la conformità allo standard nZEB. In conclusione, l’analisi dei costi evidenzia come le spese siano ammortizzabili nel lungo periodo a causa dell’aggiunta di un sistema di climatizzazione estiva. Si dimostra che l’efficientamento energetico di edifici storici o vincolati può portare a un miglioramento delle prestazioni energetiche oltre che a maggior comfort interno.