• edifici residenziali Pisa
• efficientamento energetico
• simulazione energetica degli edifici
• urban building energy modelling

La tesi si concentra sulla simulazione dinamica del fabbisogno termico di un distretto urbano utilizzando la metodologia UBEM (Urban Building Energy Model) e dati GIS. Il caso di studio riguarda un distretto di Pisa, Porta a Mare, e si focalizza sull’analisi del fabbisogno termico di un gruppo di circa 30 edifici residenziali, con l'obiettivo di supportare studi di fattibilità e la pianificazione territoriale di interventi di efficientamento energetico, compresa l'installazione di impianti a pompa di calore.
L’elaborato parte dalla distinzione tra i modelli BEM (Building Energy Models), utilizzati per la stima del fabbisogno energetico di singoli edifici, e i modelli UBEM, che estendono la simulazione ai contesti urbani, che in generale, tengono conto di tutte le interazioni tra edifici. A differenza dei BEM, gli UBEM consentono di simulare l’impatto dell’ambiente urbano sulle prestazioni energetiche degli edifici, includendo fattori come l’ombreggiamento reciproco, la riflessione solare e la ventilazione naturale. Tuttavia, nel modello proposto vengono considerati, in maniera semplificata, gli effetti dell'ombreggiamento senza un’analisi approfondita del microclima.
La tesi propone una metodologia dinamica basato sulla norma ISO 13790, la metodologia 5R1C. Questo approccio descrive un edificio come un’unica zona termica descritta da un circuito termico equivalente composto da cinque resistenze e una capacità termica. La scelta di questa metodologia è motivata dalla necessità di bilanciare la precisione dei risultati con la semplicità del modello e la disponibilità limitata di dati di input, limitando così lo sforzo computazionale e di implementazione. Il modello proposto è tradotto in un codice Matlab e si avvale dei dati GIS forniti dall'azienda STEAM S.R.L. per definire le caratteristiche geometriche e termofisiche degli edifici.
Con riferimento al caso studio di Porta a Mare a Pisa, la simulazione calcola il fabbisogno termico invernale e estivo degli edifici, con un fabbisogno ideale di involucro per riscaldamento stimato di circa 102 kWh/m² anno e un fabbisogno ideale di involucro di raffrescamento e deumidificazione di circa 14 kWh/m² anno. Questi valori vengono poi confrontati con i consumi reali di gas forniti da Toscana Energia per gli anni 2018-2023 e i dati del database TABULA, utilizzato come riferimento per la prestazione energetica degli edifici in Europa.
Il modello sviluppato mostra un’ottima corrispondenza con i dati di TABULA, presentando uno scostamento del 9,7% per quanto riguarda il servizio di riscaldamento. Il confronto con i dati di consumo reale evidenzia invece una deviazione maggiore tra i dati di simulazione e quelli contabilizzati (valore medio 58 kWh/m2). Lo scostamento è però attribuibile alla differenza tra il fabbisogno ideale (valutato dal modello sviluppato) e il consumo reale di un edificio; quest’ultimo, infatti, dipende fortemente dalla particolarità di utilizzo del sistema edificio-impianto (setpoint interni, orari di accensione impianti, presenza occupanti, apertura/chiusura infissi) che non sono ovviamente uniformi (la deviazione standard sui dati contabilizzati è pari al 55% del valore medio) e si discostano dai profili standardizzati associati al concetto di fabbisogno ideale. A tal proposito, la tesi ha analizzato a livello stagionale e mensile dei fattori correttivi per convertire il fabbisogno termico ideale medio di distretto con il corrispondente valore reale, proponendo, per gli edifici del caso studio, un numero di ore di efficace di accensione degli impianti pari a 6 ore giornaliere con set-point 20 °C.
Infine, la metodologia sviluppata è stata applicata per l’analisi energetica di alcuni interventi di efficientamento di involucro e di impianto da proporre a livello distrettuale. I risultati hanno dimostrato come, considerata l’anagrafica e le caratteristiche termo-energetiche degli edifici del caso studio, gli interventi da prioritizzare siano quelli legati all’isolamento di involucro per il fabbisogno di riscaldamento e la riduzione degli apporti solari nella stagione estiva tramite la sostituzione dei componenti finestrati o l’istallazione di dispositivi di ombreggiamento.