Climate-resilient retrofit of an educational building: assessment of energy and indoor environmental quality under present and future climates

Educational buildings make up a large part of Europe's old building stock. They often perform poorly in energy use, thermal comfort and indoor air quality. At the same time, climate change is expected to make summer overheating worse. This means that retrofit measures that work well today may not be enough in the future. This thesis studies how a set of retrofit measures affects the performance of an existing Italian school in Gallarate, Lombardy. It looks at both the present and the future climate. A dynamic model of the building was built in IESVE and checked against measured heating-energy data. Future weather files were created for the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios up to the 2080s. Nine retrofit scenarios were then tested. These combined wall and roof insulation, external shading, a heat pump with photovoltaics, mechanical ventilation with heat recovery, and night cooling. Energy use, thermal comfort (based on PMV categories) and indoor air quality (based on CO₂) were used as performance indicators. The results show that insulation reduces heating energy by about 29% and a heat pump by more than 80%. Only mechanical ven-tilation keeps indoor CO₂ at an acceptable level. The combined packages give the best comfort in the present climate. Under the future climate, heating demand and winter discomfort fall, but summer overheating rises sharply. The retrofits reduce this overheating but do not remove it. This shows that active cooling will be needed for the most severe scenarios.

Gli edifici scolastici costituiscono un'ampia quota del patrimonio edilizio datato in Europa. Spesso presentano scarse prestazioni in termini di consumi energetici, comfort termico e qualità dell'aria interna. Allo stesso tempo, si prevede che il cambiamento climatico aggraverà il surriscaldamento estivo. Ciò significa che gli interventi di riqualificazione (retrofit) efficaci oggi potrebbero non essere sufficienti in futuro. Questa tesi analizza l'impatto di un insieme di misure di retrofit sulle prestazioni di un edificio scolastico esistente a Gallarate, in Lombardia, prendendo in esame sia il clima attuale che quello futuro. È stato sviluppato un modello dinamico dell'edificio in IESVE, verificato sulla base dei dati misurati relativi all'energia per il riscaldamento. I file climatici futuri sono stati generati per gli scenari SSP2-4.5 e SSP5-8.5 fino agli anni 2080. Sono stati quindi testati nove scenari di riqualificazione, che combinano l'isolamento di pareti e coperture, schermature esterne, una pompa di calore con impianto fotovoltaico, la ventilazione meccanica con recupero di calore e il raffrescamento notturno. Come indicatori di prestazione sono stati utilizzati il consumo energetico, il comfort termico (basato sulle categorie PMV) e la qualità dell'aria interna (basata sui livelli di CO₂). I risultati dimostrano che l'isolamento riduce l'energia per il riscaldamento di circa il 29%, mentre la pompa di calore consente una riduzione superiore all'80%. Solo la ventilazione meccanica mantiene la CO₂ interna a un livello accettabile. I pacchetti combinati offrono il miglior livello di comfort nel clima attuale. Nel clima futuro, la domanda di riscaldamento e il disagio invernale diminuiscono, ma il surriscaldamento estivo aumenta drasticamente. Gli interventi di retrofit attenuano questo surriscaldamento senza tuttavia eliminarlo, dimostrando che per gli scenari più severi sarà necessario l'utilizzo del raffrescamento attivo.