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PORTALE DELLA DIDATTICA

Energy and environmental design of buildings

01TWCND

A.A. 2020/21

Course Language

Italian

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Ingegneria Energetica E Nucleare - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 48
Esercitazioni in aula 26
Esercitazioni in laboratorio 6
Tutoraggio 9
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Perino Marco Professore Ordinario ING-IND/11 24 3 3 0 4
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-IND/11 8 B - Caratterizzanti Ingegneria energetica e nucleare
2020/21
Il corso si propone di fornire le conoscenze fondamentali e di sviluppare le capacità progettuali nell’ambito del comportamento termo-fisico degli edifici, con particolare attenzione alla valutazione dei requisiti qualitativi dell’ambiente interno (comfort termoigrometrico e qualità dell’aria), delle prestazioni energetiche ed allo studio, analisi e dimensionamento dei sistemi edificio-impianto. Il corso si articola in lezioni, esercitazioni numerico/progettuali (che saranno svolte in aula e/o nei laboratori informatici) ed esercitazioni sperimentali.
The course will provide the fundamental knowledge and help developing the design skills in the field of the thermal building physics. We will devote specific attention to the evaluation of the indoor environmental quality requirements (thermo - hygrometric comfort and air quality), energy performance and the study, analysis and sizing of systems-building assemblies. The course consists of lessons, numerical/design exercises (carried out in the classroom and/or in computer labs) and laboratory experiences.
Il corso è mirato a fornire la conoscenza dei principi, degli strumenti di valutazione quantitativa, dei dati di riferimento fondamentali e delle tecnologie nell’ambito della termofisica dell’edificio. Un focus sarà dedicato ai concetti di Zero Energy Buildings (ZEB) ed alle strategie per migliorare: l’efficienza energetica degli edifici, lo sfruttamento delle energie rinnovabili a scala di edificio e l’implementazione di tecnologie passive per la climatizzazione. Al termine del corso lo studente sarà in grado di: • determinare i requisiti per la corretta progettazione del sistema edificio-impianto ai fini del controllo dell’ambiente interno e dell’efficienza energetica (comfort termoigrometrico, qualità dell’aria, ventilazione, requisiti dei componenti di involucro edilizio); • definire i carichi termici di progetto per il riscaldamento e la climatizzazione estiva; • ottimizzare la prestazione energetica degli edifici e la qualità dell’ambiente interno; • impiegare strumenti di valutazione quantitativa in ambito normativo ed affrontare la modellazione energetica di edifici multizona all’interno di un software di simulazione termoenergetica dinamica. • progettare interventi di retrofit energetico e di implementazione di tecnologie passive e ZEB/nZEB ; • gestire e comunicare nell'ambito professionale la progettazione energetica degli edifici e gli interventi di efficientamento energetico.
The course will teach the fundamental principles, the quantitative assessment tools and the main reference data in the field of building physics. A focus will be dedicated to the concept of Zero Energy Building (ZEB) and strategies to improve: the energy efficiency of buildings, renewable energy sources exploitation and the implementation of passive solution technologies for air conditioning. At the end of the course, the student will be able: • To determine the requirements for the correct design of the building and technical system in order to control the internal environment and energy efficiency (thermal comfort, air quality, ventilation, requirements of the building envelope components); • To calculate the design thermal loads for both space heating and cooling; • To optimize the energy performance of buildings and the quality of the indoor environment; • To use quantitative assessment tools following the normative standards and to address the energy modeling of multizone buildings within a transient energy simulation tool. • To plan energy retrofit renovations, implementing technologies for reaching the nZEB target; • To manage and to communicate the energy design of buildings in the professional field.
Si richiede la capacità di applicare gli strumenti di Matematica e Fisica acquisiti nella laurea triennale e di applicare le conoscenze acquisite nei corsi di Termodinamica e Trasmissione del Calore e Fisica dell’Edificio e Climatizzazione.
It is required the ability to apply the Mathematics and Physics tools learnt during the three-year degree and to apply the knowledge gained in the courses of Thermodynamics and Heat Transmission and Building Physics and Air Conditioning.
Il programma verte sui seguenti argomenti principali: • Il bilancio termico e di massa dell’ambiente e dell’edificio; • La soluzione del bilancio termico in regime invernale - determinazione del carico di progetto • La soluzione del bilancio termico in regime estivo - determinazione del carico di progetto • Software di simulazione termoenergetica dinamica degli edifici e loro utilizzo pratico a fini progettuali (principi di base per il calcolo dei carichi termici, modellazione geometrica e zonizzazione termica, standardizzazione dei dati di input e dei profili delle condizioni al contorno, analisi dei risultati e reportistica, processi di ottimizzazione basati sulla simulazione). • Analisi termo-energetica delle prestazioni dei componenti di involucro (componenti opachi, trasparenti e ponti termici); • Tecnologie e materiali innovativi per i componenti di involucro (componenti opachi, trasparenti e ponti termici); • Le variabili meteoclimatiche per la progettazione termoenergetica degli edifici e degli impianti di climatizzazione: gli anni tipo (TMY), le condizioni di progetto invernali ed estive • Fondamenti di comfort termo-igrometrico: bilancio termico del corpo umano, metodo del PMV, comfort termico adattativo secondo UNI EN ISO 7730 e lo standard ASHRAE 55; • Introduzione alla valutazione della qualità degli ambienti interni (IEQ – Indoor Environmental Quality): lo standard EN 16798-1; • Qualità dell’aria indoor: classificazione degli inquinanti e principali inquinanti indoor/outdoor, valutazione della qualità dell’aria con metodi oggettivi e soggettivi, approccio normativo prescrittivo e prestazionale: UNI EN 16798-3, UNI 10339 and ASHRAE 62; • Tecniche di controllo della qualità dell’aria, filtrazione e fondamenti di ventilazione; • Sistemi di ventilazione naturale e meccanica: tecnologie e metodi di analisi; • Strategie e tecnologie per il passive cooling e heating degli edifici • Sviluppo di misure sperimentali in relazione a: IAQ, ventilazione, comfort termoigrometrico, prestazioni termofisiche dei componenti di involucro edilizio; • Sviluppo di un'esercitazione progettuale di concerto con il corso "Progettazione di impianti termotecnici" - 01TWHND (collocato al primo semestre dell'anno successivo).
The course programme will cover the following main topics: • The thermal and mass balance of the single enclosures and of the whole building; • The solution of the thermal balance in winter condition - determination of the design load (according to the procedure in UNI EN 12831); • The solution of the thermal balance in summer condition - determination of the design load (through the use of simulation software and simplified methodologies); • Transient energy simulation software for the assessment of buildings energy performance and their application for design purposes (basic principles for the calculation of thermal loads, geometric modeling and thermal zoning, input data management and schedules, boundary conditions, analysis of results, simulation-based optimization processes). • Thermo-energetic analysis of the performance of the envelope components (opaque, transparent components and thermal bridges); • Innovative technologies and materials for envelope components (opaque elements, transparent components and thermal bridges); • Weather data for the energy design of buildings and air conditioning systems: the Typical Meteorological Year (TMY), the winter and summer design day conditions • Fundamentals of thermo-hygrometric comfort: thermal balance of the human body, PMV method, adaptive thermal comfort, UNI EN ISO 7730 and ASHRAE 55 standards; • Introduction to the assessment of the quality of the indoor environment (IEQ - Indoor Environmental Quality): the standard EN 16798-1; • Indoor air quality: classification of pollutants and main pollutants indoor/outdoor, assessment of air quality with objective and subjective methods, prescriptive and performance regulatory approach: UNI EN 16798-3, UNI 10339 and ASHRAE 62; • Air quality control techniques and ventilation fundamentals; • Ventilation strategies and systems: technologies and methods of analysis; • Strategies and technologies for passive heating and cooling of buildings; • Development of experimental measures in relation to: IAQ, ventilation, thermos-hygrometric comfort, thermo-physical performance of building envelope components; • Development of a design exercise in conjunction with the course "Design of thermal systems" - 01TWHND (in the first half of the next year).
Le esercitazioni presentano una forte connotazione applicativa e consistono nello sviluppo del progetto termofisico di un edificio mediante software di simulazione termoenergetica e modelli numerici semplificati. Per l’edificio oggetto di studio si svilupperanno: il progetto termofisico dei componenti di involucro, il calcolo dei carichi termici di progetto invernale ed estivo, la valutazione dell’impatto di soluzioni progettuali diverse ed ottimizzate, l’analisi del comfort termoigrometrico e dell’IAQ. Questa esercitazione progettuale è fortemente integrata con il corso "Progettazione di impianti termotecnici" - 01TWHND (collocato al primo semestre del II anno) e costituirà la base di partenza per lo sviluppo di una corrispondente esercitazione all'interno del medesimo insegnamento. Le esercitazioni sperimentali verteranno: sulla misura del PMV e delle variabili microclimatiche indoor, sulla qualità dell’aria/ventilazione/Filtrazione, sulle tecniche con gas traccianti, sui test di pressurizzazione per la misura della tenuta all’aria dell'involucro edilizio. Queste esperienze progettuali e pratiche dovranno essere raccolte - a fine corso - in un “book” che lo studente dovrà portare in occasione della prova orale. La relazione di progetto dovrò essere stilata immaginandola come una "relazione di calcolo di accompagnamento al progetto", includendo quindi nelle appendici anche il materiale tecnico illustrativo di tutti i prodotti/componenti che sono stati scelti per lo sviluppo del progetto stesso. Le relazioni relative alle prove sperimentali dovranno riportare: una descrizione sintetica, ma esaustiva, delle procedure di test/misura, una descrizione delle procedure di elaborazioni dei dati utilizzate, la presentazione dei risultati ed una breve discussione critica.
The course exercises are characterized by a design-oriented approach and consist in the development of a thermophysical project of a new building and/or of an existing building by means of a software tool and simplified numerical models. On the case-study building, it will be requested to develop: the thermophysical design of the envelope components, the calculation of the winter and summer thermal loads needed for the sizing stage, the evaluation of the thermohygrometric comfort and the IAQ assessment. The design exercise is strongly integrated with the course "Design of thermal systems" - 01TWHND (taught in the first semester of the second year) and will be the starting point for the development of the corresponding exercise within the same course. Experimental exercises will focus on: measurement of PMV and indoor microclimate variables, air quality/ventilation, tracer gas techniques, pressurization tests to measure the airtightness of the building envelope. These design and practical experiments must be collected - at the end of the course - in a "book" that the student must bring at the oral test. The project report must be prepared having in mind that it will be considered as a "calculation report accompanying the project", thus including in the appendices also the technical illustrative material of all the products/components that have been chosen for the development of the project itself. The experiments reports should contain a brief but comprehensive description of the test/measure procedures, a description of the data processing procedures, the presentation of the results, and a brief critical discussion.
Il corso è articolato in 80 ore, suddivise in lezioni teoriche, esercitazioni a carattere progettuale, esercitazioni sperimentali, esercitazioni pratiche con uso di software di simulazione (freeware), interventi seminariali su argomenti specifici.
The course is made up by 80 hours, divided into theoretical lessons, design exercises, experimental exercises, and practical exercises with the use of simulation software (freeware), seminars on specific topics.
Materiale, slide, riferimenti a norme e dispense distribuite dai docenti. Slide del progetto IDES-EDU (http://proftrac.eu/training-material/search-training-material.html). Materiale per approfondimenti e ripasso: • Corrado V., Fabrizio E., “Fondamenti di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione”, CLUT, 2012, Torino • Stefanutti L., “Manuale degli impianti di climatizzazione”, ISBN 978-88-481-1884-2, Editore Tecniche Nuove, 2007. • ASHRAE, “Handbook of Fundamentals”, ASHRAE, 2017. • Spietler J., “Load Calculation Applications Manual”, ASHRAE, 2009. • EnergyPlus, “Getting started with EnergyPlus” – Documentation of the software tool • AICARR, “Manuale d’ausilio alla progettazione: Miniguida AICARR (III Edizione)”, ISBN: 978-88-95620-56-5, MILANO: AICARR, 2010. • Capozzoli A., Corrado V., Gorrino A., Soma P., “Atlante nazionale dei ponti termici”, Edilclima, 2011 • Corrado V., Paduos S., “La nuova legislazione sull’efficienza energetica degli edifici. Nuova edizione”, Editore CELID, 2010. • http://download.rockwool.it/media/115586/brochure%20dm%20web.pdf
Material, slides, references to technical standards and handouts provided by the teaching staff. Slides of the IDES-EDU (http://proftrac.eu/training-material/search-training-material.html) project. Material for in-depth analysis and review: • Corrado V., Fabrizio E., “Fondamenti di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione”, CLUT, 2012, Torino • Stefanutti L., “Manuale degli impianti di climatizzazione”, ISBN 978-88-481-1884-2, Editore Tecniche Nuove, 2007. • ASHRAE, “Handbook of Fundamentals”, ASHRAE, 2017. • Spietler J., “Load Calculation Applications Manual”, ASHRAE, 2009. • EnergyPlus, “Getting started with EnergyPlus” – Documentation of the software tool • AICARR, “Manuale d’ausilio alla progettazione: Miniguida AICARR (III Edizione)”, ISBN: 978-88-95620-56-5, MILANO: AICARR, 2010. • Capozzoli A., Corrado V., Gorrino A., Soma P., “Atlante nazionale dei ponti termici”, Edilclima, 2011 • Corrado V., Paduos S., “La nuova legislazione sull’efficienza energetica degli edifici. Nuova edizione”, Editore CELID, 2010. • http://download.rockwool.it/media/115586/brochure%20dm%20web.pdf
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale individuale;
PER LA SOLA DURATA DELL’EMERGENZA COVID la prova d’esame sarà svolta secondo le modalità di seguito illustrate: L’esame sarà interamente svolto in remoto e prevederà una prova scritta (con piattaforma EXAMS) ed una orale obbligatoria (con piattafroma VIRTUAL CLASSROOM). La prova scritta è costituita da: I) una parte di teoria con 4 domande aperte a risposta sintetica su argomenti introdotti a lezione ed esercitazione (diverse da candidato a candidato e selezionate in modo random dalla piattaforma EXAMS); II) Una parte pratica costituita da 4 brevi esercizi numerici (diversi da candidato a candidato e selezionate in modo random dalla piattaforma EXAMS), per i quali occorrerà dare risposta numerica durante la prova online e fornire, successivamente, immagine della soluzione adottata (Fare foto con smartphone, meglio - più definito, o webcam di tutte le pagine cartacee usate per lo svolgimento e poi depositarle, entro 5 min dalla conclusione della propria prova scritta online ,in formato pdf e/o jpg sulla pagina “Elaborati”. Sino a che non sarà depositata a copia pdf/jpg dello svolgimento degli esercizi la webcam del PC dello studente dovrà restare accesa e continuerà ad essere effettuata la registrazione. Per l’orario farà fede l’ora segnata sul portale confrontata con l’ora di fine della prova scritta online. La parte di esame scritto online sarà svolta con la piattaforma Exams ed il sistema di proctoring Respondus messi a disposizione dall’Ateneo (con sorveglianza continua mediante webcam dello studente che deve restare sempre accesa durante lo svolgimento del test). La parte II sarà accessibile solo dopo aver completato la parte I. L’esame online durerà: • per la parte I 30 min. Durante questa parte non è consentito l’uso di alcun materiale a supporto (e.g. slides, appunti, formulari, tesine, testi, etc.). Il tavolo di lavoro deve solo ed esclusivamente presentare il PC (verifica mediante webcam) • per la parte II 80 min. Durante questa parte è consentito l’utilizzo di dispense, libri, appunti, norme e formulari. Ciascuna delle 2 parti dello scritto vale 16 punti (totale 32 = 30 e lode). Se la votazione dello scritto online con EXAMS è positiva (superiore a 15/30) si può accedere all’orale, dove i candidati esporranno le esercitazioni progettuali svolte nel corso del semestre (approfondimento dell’esercitazione progettuale e delle prove sperimentali) giustificandone i risultati sulla base delle conoscenze acquisite durante il corso (all’orale potranno anche essere chiesti approfondimenti di teoria e chiarimenti/approfondimenti in relazione al compito scritto). L’orale sarà svolto in modalità remota usando la “Virtual Classroom” e BBB. Scritto ed orale devono essere obbligatoriamente sostenuti all’interno del medesimo appello. La prova orale si tiene di norma (dipende dal numero degli studenti iscritti all’appello e dagli impegni accademici dei docenti) in un intervallo di tempo che può essere compreso fra il pomeriggio stesso del giorno dello scritto ed una settimana successiva allo scritto. Il voto d’esame risulta dalla media aritmetica esame scritto online (che conta 50%) ed orale (che conta 50%) arrotondato, a giudizio del docente, di più o meno 1 punto se la prova orale risulta significativamente migliore o peggiore del risultato dello scritto. Se il voto dell’orale non risulta sufficiente (almeno 15/30) decade anche la validità del voto dello scritto. Il giorno prima dell’orale occorre consegnare il “book” (descritto in dettaglio nelle "Note") in formato pdf ai docenti “depositandolo” sul portale (sotto gli “Elaborati”) che ordina e raccoglie le esercitazioni numeriche, progettuali e sperimentali condotte e/o assegnate durante il corso. Questo book sarà utilizzato come base per condurre la discussione durante la prova orale.
Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform; Individual project;
The exam consists of a written test and a compulsory oral test. The written test consists of: I. a part of theory with 4 open questions with synthetic answers on topics taught during lesson and exercise lectures; II. 4 brief numerical exercises. The theoretical part (part I) lasts 30 min. During this part, the use of any kind of support (text, notes, books, standards, etc.) is not allowed. The numerical exercise (part II) lasts 1 hour and 20 min. During this part, students may use: notes, slides, text books and standards, etc. (we warmly suggest students to take with them standards and all the material that they consider helpful for doing the exercise). Each part is evaluated maximum 16 points (total 32 = 30 cum laude). For these two parts Exams/Respondus platform (written part) and "Virtual Classorom" (oral part) will be used. The total score of the written part is equal or higher than 15/30 the written test is considered passed and the student can access to the oral examination. During the oral text the students will illustrate and explain the design exercises and the relations of the experiential tests done during the semester, justifying the outcomes on the base of the knowledge acquired during the lectures (during the oral examination some insights of theory and clarification about the written tests may also be asked to the students). Part I and II must be - mandatory - done simultaneously during the same exam round. The oral exam is normally held (depending on the number of students enrolled in the exam round and on the academic commitments of the teachers) in a time interval that can range from the afternoon of the day of the written test to a week after the written test. The exam mark is the result of the weighted average between written (counting for 2/3) and oral (counting for 1/3). The final mark can be rounded, according to the teacher, by ±1 point if the oral test is significantly better or worse than the result of the written part. In case that the oral part is not sufficient (less than 15/30), then the exam is failed and the student must repeat again the written part. At the oral test the student must come with her/his copy of the “book” (described in detail in the "Note" section) that collects all the relations on numerical and design exercise, experimental/lab tests assigned during the course. This book will be used as the basis to conduct the oral dissertation.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale individuale;
L’esame prevede una prova scritta ed una orale obbligatoria. La prova scritta è costituita da: I. una parte di teoria con domande aperte a risposta sintetica su argomenti introdotti a lezione ed esercitazione; II. Un esercizio numerico articolato in più punti. La parte di teoria (I parte) ha una durata di 30 min. Durante questa parte non è consentito l’uso di alcun materiale a supporto (e.g. slides, appunti, formulari, tesine, testi, etc.). L’esercizio numerico (II parte) ha una durata di 1 ora. Durante questa parte è consentito (anzi suggerito) l’utilizzo di dispense, libri, appunti, norme e formulari (da portare con sé). Ciascuna delle 2 parti dello scritto vale 16 punti (totale 32 = 30 e lode). Se la votazione dello scritto è positiva (superiore a 15/30) si può accedere all’orale, dove i candidati esporranno le esercitazioni svolte nel corso del semestre (approfondimento dell’esercitazione progettuale e delle prove sperimentali) giustificandone i risultati sulla base delle conoscenze acquisite durante il corso (all’orale potranno anche essere chiesti approfondimenti di teoria e chiarimenti/approfondimenti in relazione al compito scritto). Scritto ed orale devono essere obbligatoriamente sostenuti all’interno del medesimo appello. La prova orale si tiene di norma (dipende dal numero degli studenti iscritti all’appello e dagli impegni accademici dei docenti) in un intervallo di tempo che può essere compreso fra il pomeriggio stesso del giorno dello scritto ed una settimana successiva allo scritto. Il voto d’esame risulta dalla media pesata fra scritto (che conta 2/3) ed orale (che conta 1/3) corretto, a giudizio del docente, di più o meno 1 punto se la prova orale risulta significativamente migliore o peggiore del risultato dello scritto. Se il voto dell’orale non risulta sufficiente (almeno 15/30) decade anche la validità del voto dello scritto. All’orale occorre presentarsi con il “book” (descritto in dettaglio nelle “Note") che ordina e raccoglie le esercitazioni numeriche, progettuali e sperimentali condotte e/o assegnate durante il corso. Questo book sarà utilizzato come base per condurre la discussione durante la prova orale. Modalità esame in emergenza COVID: per la sola durata dell’emergenza Covid la prova d’esame, in deroga a quanto riportato più sopra, sarà svolta secondo le modalità illustrate nella parte "Esame in remoto".
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform; Individual project;
The exam consists of a written test and a compulsory oral test. The written test consists of: I. a part of theory with open questions with synthetic answers on topics taught during lesson and exercise lectures; II. a numerical exercise with several points to answer. The theoretical part (part I) lasts 30 min. During this part, the use of any kind of support (text, notes, books, standards, etc.) is not allowed. The numerical exercise (part II) lasts 1 hour. During this part, students may use: notes, slides, text books and standards, etc. (we warmly suggest students to take with them standards and all the material that they consider helpful for doing the exercise). Each part is evaluated maximum 16 points (total 32 = 30 cum laude). If the total score of the written part is equal or higher than 15/30 the written test is considered passed and the student can access to the oral examination. During the oral text the students will illustrate and explain the design exercises and the relations of the experiential tests done during the semester, justifying the outcomes on the base of the knowledge acquired during the lectures (during the oral examination some insights of theory and clarification about the written tests may also be asked to the students). Part I and II must be - mandatory - done simultaneously during the same exam round. The oral exam is normally held (depending on the number of students enrolled in the exam round and on the academic commitments of the teachers) in a time interval that can range from the afternoon of the day of the written test to a week after the written test. The exam mark is the result of the weighted average between written (counting for 2/3) and oral (counting for 1/3). The final mark can be rounded, according to the teacher, by ±1 point if the oral test is significantly better or worse than the result of the written part. In case that the oral part is not sufficient (less than 15/30), then the exam is failed and the student must repeat again the written part. At the oral test the student must come with her/his copy of the “book” (described in detail in the "Note" section) that collects all the relations on numerical and design exercise, experimental/lab tests assigned during the course. This book will be used as the basis to conduct the oral dissertation.
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