L’efficientamento energetico degli edifici storici attraverso analisi condotta con metodologia dinamica. Il caso studio del Palazzo Ducale di Modena.

This PhD thesis focuses on energy consumption and behavior of envelope and HVAC system in historical-constrained buildings. The main target is to study a methodology for the energy retrofitting solutions in these particular buildings. In Europe this issue is very relevant, because historical buildings are widespread in the area (it is estimated that in Europe about a quarter of existing buildings were built before the middle of the last century). The interest in these buildings derives from the inapplicability of traditional energy requalification methods and from the need for a different theoretical and practical approach. The uses of these buildings are manifold but they have constructive characteristics that unite them and distinguish them from all other buildings, as instance the very massive perimeter structures and the high thermal inertia, the large heated volumes, rooms and zones often used in a discontinuous way, the inefficiency of heating systems and the very high consumption and energy waste. This thesis project focuses on the development of innovative and cost-effective advantageous energy design solutions for historical buildings, which are able to offer significant improvements in energy performance while ensuring internal comfort requirements and non-invasive and reversible characteristics. The project, with the use of a case study, will demonstrate the effectiveness of the technologies, methodologies, systems or tools developed and the potential for replicability of the proposed solutions. The case study is the Ducal Palace of Modena, a magnificent historic-constrained building representing Modena city all over the world. In past centuries, the Palace was the seat of the “Estensi Duke”; today it is home of the prestigious Military Academy, a training school for officers of the Italian National Army. The general objective of the project is achieved through the following main activities: - Analysis of the state of the art of energy efficiency procedures for historic buildings and the relevant EU legislative framework; - Definition of a complete methodology for the energy retrofitting solutions of historic-constrained buildings, with the use of the case study of the Ducal Palace of Modena. The methodology will be based on an in-depth cognitive analysis of the building, in particular the envelope and HVAC system. - Through the study of the properties of materials, the use of thermal systems and the analysis of energy consumption over the years, an energy audit of the building will be performed. The study of the actual state and the simulations of the various proposed energy retrofit interventions will be performed with a dynamic simulation software in order to take the high thermal inertia of the building into account. - Through a parametric analysis and a normalization of the results, a series of complete decision-making guidelines are developed for the energy retrofitting of historic buildings in order to export a common methodology applicable to this particular type of building all around Europe.

L’obiettivo del progetto di tesi è lo studio dei consumi energetici e del comportamento del sistema edificio - impianto di una particolare categoria di fabbricati, gli edifici storico-vincolati. In particolare il progetto si pone come obiettivo lo studio di una metodologia per la riqualificazione energetica di questa particolare categoria di edifici. Nel contesto Europeo questa tematica è molto rilevante infatti gli edifici storici hanno una grande diffusione sul territorio (si stima che in Europa circa un quarto degli edifici esistenti sia stato costruito prima della metà del secolo scorso). L’interesse per questi fabbricati deriva dall’inapplicabilità delle tradizionali metodologie di riqualificazione energetica e dalla necessità di un differente approccio di studio teorico e pratico per questa particolare categoria di immobili. Le destinazioni d’uso e gli utilizzi di questi fabbricati sono molteplici, ma hanno caratteristiche costruttive che li accomunano e li distinguono da tutti gli altri edifici; ad esempio le strutture perimetrali molto massive e l’elevata inerzia termica, i grandi volumi riscaldati, usi spesso discontinui degli ambienti al loro interno, l’inefficienza degli impianti termici e gli elevatissimi consumi e sprechi energetici. Il progetto di tesi si concentra sullo sviluppo di soluzioni di riqualificazione energetica innovative ed economicamente vantaggiose per edifici storici in grado di offrire significativi miglioramenti nelle riduzioni dei consumi, garantendo al contempo il rispetto dei parametri di comfort interno e il rispetto dei vincoli architettonici con requisiti di non invasività e reversibilità degli interventi. Il progetto, con l’utilizzo di un caso studio, intende dimostrare l'efficacia delle tecnologie, metodologie, sistemi e strumenti sviluppati ed il potenziale di replicabilità delle soluzioni proposte. Il caso di studio è un edificio storico-vincolato di grande importanza per la città di Modena, il Palazzo Ducale, che nei secoli scorsi è stato la sede dei Duca d’Este e oggi ospita la prestigiosa Accademia Militare, una scuola di formazione degli ufficiali dell’Esercito Italiano. L'obiettivo generale del progetto è raggiunto attraverso le seguenti attività principali: - Analisi dello stato dell'arte delle procedure di efficienza energetica degli edifici storici e del pertinente quadro legislativo dell'UE. - Definizione di una metodologia completa per la riqualificazione energetica degli edifici storici-vincolati, con l’utilizzo del caso studio del Palazzo Ducale di Modena. La metodologia si basa su un’analisi conoscitiva approfondita dell'edificio, in particolare del sistema involucro edilizio – impianto termico. - Attraverso lo studio delle proprietà dei materiali, del funzionamento degli impianti meccanici e l’analisi dei consumi energetici negli anni si esegue una diagnosi energetica dell’edificio. Lo studio dello stato di fatto e le simulazioni dei vari interventi proposti di riqualificazione energetica sono eseguiti con un software di simulazione dinamica per poter tenere in considerazione l’elevata inerzia termica dell’edificio. - Attraverso un’analisi parametrica e una normalizzazione dei risultati si sviluppa una serie di linee guida complete per la riqualificazione energetica degli edifici storici per poter esportare una metodologia comune applicabile per questa particolare tipologia di edifici in ambito europeo.