Climate change and energy-retrofitted buildings-social housing in Milano

Buildings are one of the major contributors of greenhouse gas emissions which exacerbate climate change since a significant percentage of global energy use is related to buildings. Therefore, reducing energy consumption of buildings is indispensable to limit the changing climate. In most of the European countries, winter heating demand is the major concern in terms of energy use. So new buildings and retrofit projects are designed to minimize heat losses and improve gains to reduce their heating needs. Studies suggest that these higher efficiency buildings are at the risk of overheating in summer which could be further exacerbated in future. This thesis work aims at studying the impact of actual retrofit measures, applied to a social housing complex in Milano and its effect on the thermal comfort in the current climate and future climate. Thermal performance of the building was evaluated by carrying out simulations on Integrated Environmental Solutions (IES) software and using the heating and cooling number of hours and degree hours, as thermal comfort performance indicator. Occupancy schedules were deeply analysed, to realize a dynamic user model compatible with Italian simulation practice, and refurbishment strategies were studied, to identify a reasonable optimized retrofit option (adding insulation, improving windows, enhancing ventilation). The effect of using a controlled mechanical ventilation system for the winter months was also assessed. Then passive cooling techniques (shading devices and natural ventilation by window openings) were evaluated, to check their ability to minimize the overheating in what is supposed to be the actual climate, (available EPW climates for Milano Linate). Then, the thermal performance of the retrofitted building was investigated under different IPCC SRES emission scenarios for the years of 2050 and 2100, generated using the software Meteonorm. The analysis was conducted at an apartment level, assuming full occupancy as well as at partial occupancy, to see the extent of the effectiveness of retrofit options. With climate change, a substantial reduction in heating needs and increase in cooling needs may be expected.

Gli edifici sono uno dei principali responsabili delle emissioni di gas serra che aggravano il cambiamento climatico, poiché una percentuale significativa del consumo energetico globale è legata agli edifici. Pertanto, la riduzione del consumo energetico degli edifici è indispensabile per limitare i cambiamenti climatici. Nella maggior parte dei Paesi europei, la domanda di riscaldamento invernale è la principale preoccupazione in termini di consumo energetico. Pertanto, i nuovi edifici e i progetti di retrofit sono progettati per minimizzare le perdite di calore e migliorare i guadagni per ridurre il fabbisogno di riscaldamento. Gli studi suggeriscono che questi edifici a più alta efficienza sono a rischio di surriscaldamento estivo, che potrebbe essere ulteriormente aggravato in futuro. Questo lavoro di tesi si propone di studiare l'impatto delle misure di retrofit applicate a un complesso di edilizia popolare a Milano e il loro effetto sul comfort termico nel clima attuale e in quello futuro. Le prestazioni termiche dell'edificio sono state valutate effettuando simulazioni con il software Integrated Environmental Solutions (IES) e utilizzando il numero di ore di riscaldamento e raffrescamento e i gradi-ora come indicatori delle prestazioni di comfort termico. Sono stati analizzati a fondo gli orari di occupazione, per realizzare un modello dinamico di utenza compatibile con la prassi italiana di simulazione, e sono state studiate le strategie di ristrutturazione, per individuare un'opzione di retrofit ragionevolmente ottimizzata (aggiunta di isolamento, miglioramento delle finestre, potenziamento della ventilazione). È stato inoltre valutato l'effetto dell'utilizzo di un sistema di ventilazione meccanica controllata per i mesi invernali. Sono state poi valutate le tecniche di raffrescamento passivo (dispositivi di ombreggiamento e ventilazione naturale attraverso le aperture delle finestre), per verificare la loro capacità di ridurre al minimo il surriscaldamento in quello che si suppone essere il clima reale (climi EPW disponibili per Milano Linate). Poi, le prestazioni termiche dell'edificio riadattato sono state studiate in base a diversi scenari di emissione IPCC SRES per gli anni 2050 e 2100, generati utilizzando il software Meteonorm. L'analisi è stata condotta a livello di appartamento, ipotizzando la piena occupazione e l'occupazione parziale, per verificare l'efficacia delle opzioni di retrofit. Con il cambiamento climatico, ci si può aspettare una sostanziale riduzione del fabbisogno di riscaldamento e un aumento del fabbisogno di raffreddamento.