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Tambani, Chiara (2013) Impianti innovativi per la riqualificazione di edifici storici. [Ph.D. thesis]

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Abstract (english)

Joining the goal to building energy consumption drastic reduction, acting on today’s natural resources preservation global emergency, is nowadays an authentic challenge which involves national and international applied research.
Historic buildings that belong to our heritage, representing our territory cultural structure, trigger lots of unsolved problems in the field of sustainability and energy consumption. The problem dwells on complexity to find a mediation between con-servation needs and energetic update request, to join a satisfying compromise be-tween new law requirements and ancient building reuse with modern functions and historical material minimum transformations.
The carried out research activity founds its groundwork in this context. It starts from the regulatory path analysis from the Kyoto protocol (1997) to todays’ interna-tional, national and local laws.
These norms started to be simple and general indications on environmental sus-tainability and then they evolved becoming prescriptive guides on energy efficiency improvements redirecting furthermore to existing building heritage.
Comparing the energy consumption reduction regulation and the existing building heritage study, it’s evident the complexity in actuating innovation process. This re-search wants to be a methodology stimulus for building heritage.
In this field Venetian reality leads us to consider the energy qualification of monu-mental safeguard buildings. Three examples in Venice have been analyzed that respond to these characteristics.
The research field was directed to find the most suitable innovative plants by stud-ying the real possibility to join a valid architectonic integration, and to quantify future energetic performances obtained by monitoring the recuperated buildings.
The research used two different instruments: the simulation and the system plant monitoring.
By the use of dynamic simulation software (Design Builder and Energy Plus) and by the use of built-up software it has been possible to analyze alternative project strategies, to evaluate the project accordance with law standards, pursuing pro-posed solutions energy optimization.
Environmental and energetic monitoring has been used as essential instrument to optimize operating plant systems taking advantage of a capillary supervising sys-tem divided in sections.
During first research year data regarding relative humidity, the maximum and min-imum winter and summer temperature, the maximum CO2 level (which leads the ventilation modulation and the shutters opening percentage) have been analyzed
Next obtained data analysis has permit to evaluate building system and plant sub





systems intervention and optimization manners, in real management and using conditions.
In the course of time research has been subdivided in the in-depth analysis of three different study cases:
1. The making up of conditioning system plant monitoring installed at “ex Magazzino 6” acquired by University Iuav of Venice, with consequent indi-viduation of possible interventions on working parameters, to reach a net improvement of energy performances and indoor comfort. The after data elaboration, system monitoring given, allowed an energy and economic savings analysis obtainable by a correct management, which optimize in-door humidity and ventilation control, ensuring in any case internal comfort. From this study has been proved that scholar buildings are particularly suitable to reach benefices from a flexible use of relative humidity set point and from a variable ventilation levels, managed from an automatic control based on CO2 sensors.

2. The restoration and plant upgrade of Tolentini ex convent, todays’ University Iuav of Venice headquarter: old classrooms have been transformed to University Library and lecture hall has been renovated. New plants consid-er invertible heat pump use, with geothermal heat-exchanger with vertical boreholes. The project is quite interesting because in a city like Venice, us-ing heating and cooling production machines, it finds obstructions linked to locate either installation permitted areas for cooled air machines or con-densing towers, either using lagoon water, only possible near major canals. The study has been done by building/plant system simulation, which underlined seasonal performance levels always certainly higher than ones obtained by a normal air-water machine. The sensitivity analysis done, in-dicated possible increases of these performance levels using larger sur-face exchange boreholes (double U) and modular machines. Boreholes length increased until 70-100 m (normal depth for mainland realized plants) can reasonably augment performances. Concluding the perimeter is the exchange surface to which point to reach further improvements.

3. Reuse and restoration project analysis of Crociferi Convent, an historical complex in Venice in which University Iuav of Venice realized a campus and University residences. The surface water availability with an adequate renewal circulation due to open lagoon proximity, permitted to foresee in-teresting machine thermal levels.
Research activity regarded the preliminary study by simulation. This analy-sis has been done to optimize project choices quantifying energy savings and renewable energy use. The study demonstrated suitable applicative
opportunities for invertible heat pump use coupled with lagoon water, that allows to join very interesting seasonal efficiencies: obtainable energetic saving is in fact more than 20% over than traditional plants and clearly higher than the air heat pump obtainable savings.


Abstract (italian)

Raggiungere l’obiettivo di una drastica riduzione dei consumi energetici negli edifici in base alle attuali emergenze mondiali di conservazione delle risorse naturali e di salvaguardia dell’ambiente, costituisce oggi un’autentica sfida che impegna la ricerca applicata sia in ambito nazionale che internazionale.
Gli edifici storici, che appartengono al nostro patrimonio edilizio costituendo l’ossatura culturale dei nostri territori, innescano importanti problematiche irrisolte dal punto di vista della sostenibilità ambientale e del risparmio energetico, proble-matiche legate alla difficoltà di trovare una mediazione tra la necessità di conser-vare e l’esigenza di un adeguamento energetico, per giungere ad una trasforma-zione dell’esistente che sappia soddisfare i nuovi requisiti legati ad un loro riuso per funzioni moderne attraverso però una minima trasformazione della materia storica. L’attività di ricerca svolta trova il suo fondamento in questo contesto e prende l’avvio da un’ analisi del percorso normativo che dal protocollo di Kyoto del 1997 si dirama tra le normative internazionali, nazionali e locali fino ai giorni nostri.
Normative che nascono come indicazioni generali sulla sostenibilità ambientale e si evolvono diventando guide prescrittive sul miglioramento dell’efficienza energetica indirizzandosi sempre più sul patrimonio edilizio.
Nel giustapporre la normativa sulla riduzione dei consumi allo studio dell’edificato esistente appare evidente la difficoltà di attuare un processo di innovazione, la ri-cerca vuole quindi essere strumento di propulsione per una metodologia che trova il suo oggetto di intervento nell’edificato storico.
In questo ambito la realtà veneziana ci porta necessariamente a considerare il problema della qualificazione energetica degli edifici soggetti a tutela monumentale, sono stati a tal fine analizzati tre edifici situati a Venezia e rispondenti a queste caratteristiche.
Si è trattato di orientare il campo di indagine al fine di individuare gli impianti inno-vativi più adatti e studiarne la reale possibilità di integrazione architettonica in questi contesti e quantificandone successivamente i le prestazioni ottenute mediante il monitoraggio degli edifici già recuperati.
La ricerca si è avvalsa quindi di due strumenti: la simulazione e il monitoraggio del sistema edificio-impianto.
Attraverso l’utilizzo di software di simulazione dinamica (Design Builder e Energy Plus) e tramite programmi realizzati con finalità specifiche è stato possibile analiz-zare strategie di progetto alternative, nonché valutare la conformità dei progetti
agli standard legislativi e perseguendo in questo modo l’ottimizzazione energetica delle soluzioni proposte
Il monitoraggio energetico-ambientale è stato utilizzato come strumento essenziale per l’ottimizzazione del funzionamento di sistemi impiantistici in fase di esercizio e si è avvalso di un sistema di supervisione capillare divisa in sezioni.




Sono stati analizzati nel corso del primo anno di ricerca i dati riguardanti l’umidità relativa, le temperature massima e minima estiva e invernale, il tasso massimo di CO2 che comanda la modulazione della ventilazione e l’apertura percentuale delle serrande. La successiva analisi dei dati raccolti ha consentito di valutare le moda-lità di intervento e di ottimizzazione del sistema edificio e dei sottosistemi impianti-stici nelle condizioni reali di gestione e utilizzo .
Nel tempo la ricerca si è suddivisa nell’approfondimento e analisi di tre differenti casi studio:

1. La messa a punto del sistema di monitoraggio degli impianti di climatizza-zione installati nell’ex magazzino 6 acquisito da IUAV, con conseguente individuazione di possibili interventi sui parametri di funzionamento, gestiti dalla supervisione installata al fine di raggiungere un netto miglioramento delle prestazioni energetiche e di comfort interno. La successiva elabora-zione dei dati, forniti dal sistema di monitoraggio, ha permesso un’analisi relativa ai risparmi energetici ed economici ottenibili mediante una corretta gestione che ottimizzi il controllo dell’ umidità interna e quello della ventila-zione, assicurando comunque le condizioni interne di comfort. Dallo studio svolto si è rilevato che gli edifici scolastici sono particolarmente adatti a trarre beneficio da un uso flessibile del set-point di umidità relativa interna e da un tasso variabile di ventilazione gestito da un controllo automatico basto su sensori di CO2.

2. Lo studio del progetto di restauro e adeguamento impiantistico dell’ex con-vento dei Tolentini, oggi sede principale dell’Università IUAV di Venezia, per la trasformazione delle vecchie aule presenti in biblioteca di ateneo e il rifacimento dell’aula magna. I nuovi impianti prevedono l’utilizzo di una pompa di calore invertibile con scambiatore geotermico con sonde verticali. Il progetto è di particolare interesse per la ricerca in quanto, in una città come Venezia, l’utilizzo di macchine per la produzione del caldo e del freddo trova spesso ostacoli legati sia al reperimento di aree in cui sia consentita l’installazione di macchine raffreddate ad aria o di torri evaporative, sia all’uso dell’acqua di laguna fattibile solo in prossimità ai canali maggiori. Lo studio svolto mediante simulazione del sistema edificio-impianto ha evidenziato coefficienti di prestazioni stagionali sempre decisamente supe-riori a quelli che si ottengono con la più frequente macchina aria-acqua.
L’analisi di sensitività svolta ha indicato la possibilità di incrementare questi coefficienti prestazionali utilizzando sonde con maggiore superficie di scambio (doppia U) e macchine con regolazione modulante. L’aumento della lunghezza delle sonde dell’impianto fino a 70-100 m , valori consueti per impianti realizzati nella terraferma, permette di incrementare decisamente le prestazioni . In conclusione è la superficie di scambio il parametro
su cui si deve puntare per ottenere un ulteriore miglioramento.



3. L’analisi del progetto di recupero del Convento dei Crociferi, un complesso storico in Venezia nel quale l’Università IUAV ha realizzato un campus di residenze universitarie. La disponibilità di acque superficiali ,con un'ade-guata circolazione di rinnovo dovuta alla vicinanza dell'edificio con lo spazio lagunare aperto, ha premesso di prevedere livelli termici interessanti per la macchina. L’attività di ricerca ha riguardato lo studio preliminare mediante simulazione. Questa analisi è stata svolta per ottimizzare le scelte progettuali quantificando il risparmio energetico e lo sfruttamento di energie rinnovabili.
Lo studio ha mostrato notevoli opportunità applicative per l’uso della pompa di calore invertibile abbinata all’acqua di laguna che permette di raggiungere efficienze stagionali molto interessanti: il risparmio energetico ottenibile è infatti oltre il 20% con riferimento a impianti tradizionali e nettamente superiore a quello ottenuto con la pompa di calore ad aria.

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EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Schibuola, Luigi
Ph.D. course:Ciclo 25 > Scuole 25 > INGEGNERIA INDUSTRIALE > FISICA TECNICA
Data di deposito della tesi:28 February 2013
Anno di Pubblicazione:28 February 2013
Key Words:Edifici storici, recupero, impianti
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/11 Fisica tecnica ambientale
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Ingegneria Industriale
Codice ID:6084
Depositato il:14 Oct 2013 09:52
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Bibliografia

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