An innovative approach to optimize retrofit strategies for zero-carbon school buildings

The building sector is a major contributor to global greenhouse gas emissions, with educational buildings presenting unique challenges due to high occupancy rates and variable energy demands. This study explores the effectiveness of various energy retrofit strategies and renewable energy integrations in transforming an existing school building into a Zero-Carbon Building (ZCB). A methodological framework combining dynamic energy simulations, thermal performance assessments, and cost-benefit analyses was applied to evaluate multiple retrofit scenarios. These include envelope enhancements, HVAC system upgrades, and renewable energy integration, focusing on their impact on energy efficiency, indoor comfort, and carbon reduction. Simulation results indicate that combining partial envelope retrofitting, advanced glazing, ground floor insulation, and Building-Integrated Photovoltaics (BIPV) can achieve up to 94.5% total energy savings, significantly reducing reliance on external energy sources. The BIPV system alone generated up to 80% of the building's electricity demand, highlighting the importance of integrating renewable energy technologies into retrofit strategies. Future research should focus on refining dynamic simulation models by incorporating real-time occupancy behavior, adaptive control algorithms, and localized climate data. Additionally, AI-driven energy management and smart grid integration can further optimize building performance. The findings provide a technical foundation for engineers, architects, and policymakers to develop data-driven retrofit strategies for decarbonizing school buildings while ensuring energy resilience and long-term sustainability.

Il settore edilizio è un importante contributore alle emissioni globali di gas serra, con gli edifici educativi che presentano sfide uniche a causa degli elevati tassi di occupazione e delle variabili richieste energetiche. Questo studio esplora l'efficacia di diverse strategie di retrofit energetico e integrazioni di energia rinnovabile per trasformare un edificio scolastico esistente in un Edificio a Zero Carbonio (ZCB). È stato applicato un quadro metodologico che combina simulazioni energetiche dinamiche, valutazioni delle prestazioni termiche e analisi costi-benefici per valutare più scenari di retrofit. Questi includono miglioramenti dell'involucro, aggiornamenti dei sistemi HVAC e integrazione di energia rinnovabile, concentrandosi sul loro impatto sull'efficienza energetica, sul comfort indoor e sulla riduzione del carbonio. I risultati delle simulazioni indicano che combinare il retrofit parziale dell'involucro, vetri avanzati, isolamento del piano terra e fotovoltaici integrati nell'edificio (BIPV) può raggiungere fino al 94,5% di risparmi energetici totali, riducendo significativamente la dipendenza da fonti di energia esterne. Il sistema BIPV da solo ha generato fino all'80% della domanda elettrica dell'edificio, evidenziando l'importanza di integrare tecnologie di energia rinnovabile nelle strategie di retrofit. Le ricerche future dovrebbero concentrarsi sul perfezionamento dei modelli di simulazione dinamica incorporando il comportamento di occupazione in tempo reale, algoritmi di controllo adattivi e dati climatici localizzati. Inoltre, la gestione energetica basata su AI e l'integrazione delle smart grid possono ulteriormente ottimizzare le prestazioni degli edifici. I risultati forniscono una base tecnica per ingegneri, architetti e responsabili politici per sviluppare strategie di retrofit basate sui dati per decarbonizzare gli edifici scolastici, garantendo al contempo resilienza energetica e sostenibilità a lungo termine.