Studio del comportamento termo-energetico di edifici in diverse configurazioni urbane. Valutazione dell'inter-building effect in condizioni climatiche tipiche e nell'ambito dell'isola di calore urbana di New York City

The issue of the reduction of buildings’ energy needs in an urban environment, in relation to climatic issues such as, for example, the urban heat island phenomenon, led to the development of a variety of methodologies and software for the buildings energy performance’s assessment. The purpose of this research is to bridge the gap existing between the energy analysis of individual buildings and the evaluations of the impact of the different urban configurations (Inter-Building Effect-IBE) on the estimated annual energy behavior of the buildings themselves, in climatic boundary conditions which are representative of the important phenomena existing at urban scale such as, for example, the urban heat island. This work involves the analysis of buildings’ energy demand through dynamic simulation of different case studies selected in the city of New York and, in detail, the comparison of three different scenarios: one that takes into account stand-alone buildings; another one that evaluates the buildings inside the urban network, to assess the impact of the IBE phenomenon on the energy behavior of buildings according to the different possible blocks’ configurations, through the use of the climate file NY_JFK; finally, the case that provides for the dynamic simulation of the same buildings within the surrounding urban area but in realistic climatic boundary conditions, to allow the study of the urban heat island effect on the building’s energy consumptions. The ultimate goal is to determine the level of accuracy achieved in the energy evaluation by dynamic simulation, in terms of overestimation or underestimation of the energy needs, depending on whether the buildings are considered as individuals rather than within the surrounding buildings and the realistic boundary climatic conditions. The results demonstrate on one hand the mutual interaction of buildings in terms of energy behavior and performances in the context of different types of urban configuration (Inter-Building Effect) and on the other hand the variation of this effect depending on the different climatic boundary conditions.

L’attualità del tema della riduzione del fabbisogno energetico degli edifici in ambiente urbano, in relazione a problemi di tipo mesoclimatico come, ad esempio, il fenomeno dell’isola di calore, ha dato luogo allo sviluppo di una molteplicità di metodologie e software per lo studio della performance dei manufatti edilizi. In tale ambito si inserisce il presente lavoro di tesi, che vuole svolgere un ruolo di “ponte” ai fini di colmare il divario sussistente tra l’analisi energetica dei singoli edifici e la valutazione dell’impatto delle diverse configurazioni morfologiche urbane (Inter-Building Effect-IBE) sulla stima del comportamento energetico annuale degli edifici stessi, in condizioni al contorno climatiche che siano rappresentative degli importanti fenomeni esistenti su scala mesoclimatica come, appunto, l’isola di calore urbana. La ricerca condotta prevede la simulazione del fabbisogno energetico, tramite simulazione dinamica, di differenti casi di studio nell’ambito della città di New York e, nel dettaglio, la comparazione di tre differenti scenari: quello che prende in considerazione singoli edifici (“stand-alone”); quello che prende in esame gli edifici all’interno dell’ambiente urbano, per la valutazione dell’impatto del fenomeno IBE sul comportamento energetico degli edifici a seconda delle diverse configurazioni possibili, mediante utilizzo del file climatico NY_JFK, comunemente usato; infine il caso che prevede la simulazione dinamica dei medesimi edifici all’interno della configurazione urbana circostante, nell’ambito, però, di realistiche condizioni al contorno climatiche, in modo tale da consentire l’analisi dell’impatto di un fenomeno importante su mesoscala urbana quale l’isola di calore in relazione all’analisi energetica degli edifici stessi. L’obiettivo finale è la determinazione del livello di precisione conseguibile nella valutazione energetica tramite simulazione dinamica, in termini di sovrastima o sottostima del fabbisogno energetico, a seconda che gli edifici vengano considerati in quanto singoli piuttosto che all’interno dell’ambiente urbano circostante e delle realistiche condizioni al contorno climatiche. I risultati ottenuti dimostrano da un lato il mutuo impatto degli edifici in termini di fabbisogno energetico nell’ambito di diverse tipologie di configurazione urbana (Inter-Building Effect) e dall’altro la variazione di tale effetto a seconda delle differenti condizioni al contorno climatiche.