Dynamic thermal and energy performance assessment of a green roof in a hotel room using openstudio and energyplus under northern italian climate conditions

Green roofs are increasingly recognized as effective passive strategies for improving building energy performance and mitigating urban environmental impacts. This thesis investigates the thermal and energy performance of a vegetated roof system applied to a hotel building located in Verbania, Northern Italy, using dynamic building energy simulation. A detailed energy model of a representative hotel room was developed using OpenStudio and EnergyPlus. A conventional roof configuration was first simulated to establish baseline thermal and energy performance conditions. Subsequently, the roof assembly was replaced with a vegetated roof modeled through the EnergyPlus EcoRoof module, allowing a direct comparison between conventional and green roof scenarios under identical climatic, operational, and occupancy conditions. The analysis focused on roof heat transfer mechanisms, indoor thermal behavior, HVAC energy demand, and annual roof energy balance. Particular attention was devoted to the contribution of solar radiation, convection, evapotranspiration, thermal storage, and conductive heat transfer within the green roof system. The study also evaluated the seasonal behavior of the roof during representative summer and winter periods. Simulation results indicate that the green roof modifies the roof energy balance by converting a significant portion of absorbed solar energy into latent heat through evapotranspiration, reducing heat transfer toward the indoor environment. Consequently, roof surface temperatures and summer heat gains are reduced, indoor temperature fluctuations are attenuated, and cooling energy demand decreases compared with the conventional roof configuration. The vegetated roof also improves overall thermal stability throughout the year. The findings demonstrate the potential of green roofs as an effective passive design strategy for hotel buildings under Northern Italian climatic conditions. In addition to reducing cooling loads and improving thermal performance, the study provides a detailed simulation-based evaluation of green roof energy balance mechanisms, contributing to the understanding of how vegetation and substrate layers influence building energy behavior.

I tetti verdi sono sempre più riconosciuti come strategie passive efficaci per migliorare le prestazioni energetiche degli edifici e mitigare gli impatti ambientali urbani. Questa tesi analizza le prestazioni termiche ed energetiche di un sistema di copertura vegetata applicato a un edificio alberghiero situato a Verbania, nel Nord Italia, mediante simulazioni dinamiche energetiche dell’edificio. È stato sviluppato un modello energetico dettagliato di una camera d’albergo rappresentativa utilizzando OpenStudio ed EnergyPlus. Una configurazione di copertura convenzionale è stata inizialmente simulata per definire le condizioni di riferimento delle prestazioni termiche ed energetiche. Successivamente, la copertura è stata sostituita con un sistema di tetto verde modellato tramite il modulo EcoRoof di EnergyPlus, consentendo un confronto diretto tra gli scenari con copertura convenzionale e copertura vegetata in condizioni climatiche, operative e di occupazione identiche. L’analisi si è concentrata sui meccanismi di trasferimento del calore attraverso la copertura, sul comportamento termico interno, sui carichi di riscaldamento e raffrescamento e sul bilancio energetico annuale della copertura. Particolare attenzione è stata dedicata ai contributi della radiazione solare, della convezione, dell’evapotraspirazione, dell’accumulo termico e della conduzione del calore all’interno del sistema di copertura vegetata. I risultati delle simulazioni indicano che il tetto verde modifica il bilancio energetico della copertura convertendo parte dell’energia solare assorbita in calore latente attraverso l’evapotraspirazione, riducendo il trasferimento di calore verso l’ambiente interno. Di conseguenza, si osservano una riduzione delle temperature superficiali della copertura e dei guadagni termici estivi, un’attenuazione delle fluttuazioni della temperatura interna e una diminuzione della domanda di raffrescamento rispetto alla configurazione convenzionale. La copertura vegetata migliora inoltre la stabilità termica complessiva durante l’intero anno. I risultati dimostrano il potenziale dei tetti verdi come efficace strategia passiva per gli edifici alberghieri nelle condizioni climatiche del Nord Italia. Lo studio fornisce una valutazione basata su simulazioni dei meccanismi di bilancio energetico delle coperture vegetate e contribuisce alla comprensione dell’influenza degli strati vegetali e del substrato sulle prestazioni energetiche dell’edificio.