Towards energy-efficient industrial facilities: a simulation-based assessment of thermal and energy performance in a design-phase manufacturing facility in Northern Italy

Industrial buildings, particularly manufacturing facilities, are characterized by large-volume buildings, different functional zones and long working hours, which result in high heating and cooling energy demands. This thesis investigates the thermal and energy performance of a newly designed manufacturing facility in Fara Gera d'Adda (BG) in the north of Italy, through a simulation-based approach using IESVE software. The aim of this study is to evaluate the building’s behavior in different design strategies to identify an effective configuration to reduce energy demand of the facility while improving indoor thermal comfort. A detailed model of the facility including production hall, warehouse, cool warehouse, indoor and outdoor offices have been developed in IESVE and a series of simulations based on different scenarios have been conducted. In this thesis multiple scenarios and strategies have been assessed including enhancement of the buildings’ envelopes, alternative roofing systems and strategies (clerestory roof and cool roof), daylighting evaluation by FlucsDL tool, thermal bridging analysis by THERM software, natural ventilation strategies by MacroFlo tool. Results show that upgrading the envelope significantly reduced heating demand with a limited increase of cooling demand. Furthermore, implementing the clerestory roof introduced availability of daylighting and natural ventilation for the two main industrial buildings. Also, using a cool roof strategy for the refrigerated warehouse resulted in a noticeable reduction of cooling demand. Thermal bridging analysis demonstrated a negative influence on the thermal and energy performance of the buildings. Moreover, the natural ventilation assessment showed significant improvements regarding the cooling needs of the facility. Overall, this thesis study provides a detailed thermal and energy assessment of a manufacturing facility during the design phase through evaluation of multiple strategies.

Gli edifici industriali, soprattutto quelli dedicati alla produzione, hanno in genere grandi volumi, funzioni molto diverse tra loro e orari di attività estesi. Tutti questi aspetti portano spesso a consumi energetici elevati, soprattutto per il riscaldamento e il raffrescamento. In questa tesi vengono analizzate le prestazioni termiche ed energetiche di un nuovo stabilimento produttivo a Fara Gera d’Adda (BG), nel nord Italia, utilizzando un approccio di simulazione basato sul software IESVE. L’obiettivo è valutare come l’edificio si comporta in diverse soluzioni progettuali e individuare una configurazione che permetta di ridurre il fabbisogno energetico migliorando allo stesso tempo il comfort interno. È stato sviluppato in IESVE un modello dettagliato dello stabilimento, che include il capannone di produzione, il magazzino, il magazzino refrigerato e gli uffici interni ed esterni. Su questo modello sono state eseguite simulazioni riferite a più scenari. Le strategie considerate riguardano il miglioramento dell’involucro edilizio, l’adozione di coperture alternative come il tetto a lucernario e il tetto freddo, la valutazione della luce naturale tramite FLUCSDL, l’analisi dei ponti termici con THERM e l’esame della ventilazione naturale attraverso MacroFlo. I risultati mostrano che l’involucro migliorato riduce in modo significativo il fabbisogno di riscaldamento, mentre l’aumento del fabbisogno di raffrescamento rimane limitato. Il tetto a lucernario contribuisce a una migliore illuminazione naturale e offre la possibilità di ventilazione naturale nei due edifici principali. L’uso del tetto freddo nel magazzino refrigerato riduce in maniera evidente il fabbisogno di raffrescamento. L’analisi dei ponti termici evidenzia invece un impatto negativo sulle prestazioni globali, mentre la ventilazione naturale mostra diversi miglioramenti nei periodi più caldi. Nel complesso, il lavoro propone una valutazione termica ed energetica dello stabilimento nella fase di progetto, mettendo a confronto diverse strategie adottabili.