Nearly zero energy buildings: technical solution for mediterranean climate and influence of occupancy

Abstract

The European Union has identified construction, responsible for about 40% of global energy consumption, as the key sector for smart and sustainable growth, through the development of strategies and tools aimed at making buildings more energy efficient and comfortable. The 2010/31/EU Directive on the energy performance of buildings introduced the concept of nearly Zero Energy Building (nZEB). The nearly zero energy building is defined as "a building with very high energy performance, in which the very low or almost zero energy needs, should be significantly covered by energy from renewable sources, including energy from renewable sources produced on-site or nearby”. All new buildings must be “nearly zero energy” by 31st December 2020 and the deadline is 2018 for public buildings. The target is also extended to buildings undergoing renovation. The nZEB definition results in a set of requirements that the building has to meet in terms of characteristics of the envelope, efficiency of energy systems, and integration of renewable energy sources. The design strategies for the reduction of energy consumption vary according to the climatic conditions. Solutions typically used in cold climates, such as high thermal insulation and maximization of solar gains, may be inadequate in climates characterized by prevailing cooling requirements. Furthermore, international studies showed that the action of the occupants is crucial in the design and, even more, in the operation and maintenance of low energy buildings. In order to achieve optimal levels of comfort and energy efficiency, the dynamic interaction between the building and the users has to be considered. The present research aims to verify the feasibility of nearly Zero Energy Buildings in the Mediterranean climate, achieved through the use of advanced construction techniques and highlighting the role of thermal inertia. The study seeks to deepen the understanding of occupant behavior and the impact of occupancy modeling on the energy performance of buildings and on the actual attainment of the nZEB objective. Abstract (Italian) L’Unione Europea ha individuato nell’edilizia, responsabile di circa il 40% del consumo globale di energia, il settore chiave per la crescita intelligente e sostenibile, sviluppando strategie e strumenti finalizzati a rendere gli edifici energeticamente più efficienti e confortevoli. La Direttiva 2010/31/UE sulla prestazione energetica nell’edilizia ha introdotto il concetto di nearly Zero Energy Building (nZEB). L’edificio a energia quasi zero è definito come “edificio ad altissima prestazione energetica, il cui fabbisogno energetico, molto basso o quasi nullo, dovrebbe essere coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l’energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze”. Entro il 31 dicembre 2020 tutti gli edifici di nuova costruzione dovranno essere a energia quasi zero e la scadenza è anticipata al 2018 per gli edifici pubblici. Il target interessa anche gli edifici sottoposti a interventi di ristrutturazione. La definizione di nZEB si traduce in una serie di requisiti che l’edificio deve rispettare in termini di caratteristiche dell’involucro, efficienza degli impianti energetici e integrazione di fonti energetiche rinnovabili. Le strategie progettuali per il contenimento dei consumi variano in funzione delle condizioni climatiche. Soluzioni tipicamente impiegate in climi freddi, come l’elevato isolamento termico e la massimizzazione degli apporti solari, possono risultare inadeguate in climi caratterizzati da prevalente fabbisogno di raffrescamento. Inoltre, studi a livello internazionale hanno evidenziato come nella progettazione e, ancor di più, nel funzionamento e mantenimento degli edifici a basso consumo energetico, sia cruciale l’azione degli occupanti. Per raggiungere livelli ottimali di comfort ed efficienza energetica è fondamentale considerare l’interazione dinamica tra la costruzione e gli utenti. Il presente lavoro di ricerca si propone di verificare la fattibilità di edifici ad energia quasi zero in clima Mediterraneo, realizzati mediante l’impiego di tecniche costruttive avanzate e mettendo in evidenza il ruolo dell’inerzia termica. Inoltre, lo studio mira ad approfondire la comprensione del comportamento degli occupanti e l’impatto della modellazione dell’occupazione sulla prestazione energetica degli edifici e sul concreto raggiungimento dell’obiettivo nZEB.