Le fasi fondamentali dei tre anni di ricerca possono essere sintetizzate come segue:
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impostazione e conduzione di una campagna sperimentale di monitoraggio termico di diversi locali destinati a differenti fasi del processo della produzione e commercializzazione del vino, su casi studio;-
definizione di criteri di modellazione edilizia e di simulazione energetica per le cantine, con approfondimenti specifici per gli edifici interrati od i volumi interrati nell’ambito di edifici parzialmente interrati;-
messa a punto e validazione di un programma di calcolo di supporto alla progettazione integrata delle cantine;-
implementazione del programma sviluppato attraverso la metaprogettazione applicata ad un caso studio aziendale reale, nel quale sono state concepite soluzioni edilizie alternative, derivanti dalla combinazione di diversi livelli di isolamento termico dell’involucro e dalla presenza o meno di locali interrati;-
analisi e comparazione delle prestazioni energetiche e termiche delle soluzioni ipnotizzate.I risultati ottenuti al termine di questo percorso confermano l’influenza che le scelte aziendali e le soluzioni progettuali indagate possono avere sul fabbisogno energetico della cantina e sull’andamento termico all’interno dei locali non climatizzati. Tra i risultati ottenuti si evidenzia come un adeguato isolamento termico possa portare a prestazioni energetiche pari a quelle ottenibili con l’interramento parziale dell’edificio. Inoltre, a parità di altre condizioni progettuali, la collocazione di un locale ad un livello più alto o più basso dell’edificio ha forti conseguenze nell’andamento termico ambientale del locale durante l’anno. Questi risultati sono stati ottenuti utilizzando uno strumento di calcolo capace di quantificare gli effetti di tutte le principali variabili indagate, attraverso l’utilizzo di due indicatori, uno pensato per i locali climatizzati e uno per i locali non climatizzati. Il procedimento proposto consente di effettuare una valutazione integrata degli effetti di ogni variabile o scelta indagata in termini energetici. Lo strumento di calcolo può quindi essere utile per individuare i punti critici della progettazione e per valutare i relativi rimedi in fase di progettazione, quantificando l’apporto in termini di efficienza energetica dato dalle scelte progettuali effettuate in relazione alle diverse discipline coinvolte.
Il primo aspetto che si vuole evidenziare tra i portati innovativi della ricerca condotta è rappresentato dalla possibilità, fornita dal programma di calcolo messo a punto, di valutare la
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compensazione delle criticità riscontrate nel modello indagato, agendo su una o più variabili progettuali e sulla loro reciproca interazione. I risultati mostrano, ad esempio, come il dato relativo ai picchi di potenza assorbita dall’impianto di raffrescamento, necessario per il dimensionamento dell’impianto stesso, possa essere modificato dalla scelta aziendale inerente la modalità di vendemmia e dalle relative modalità e tempestive di conferimento delle uve, dall’isolamento termico dei locali climatizzati o da una combinazione di entrambi.
Un altro aspetto ritenuto importante riguarda la scalabilità ed estensibilità del programma di calcolo sviluppato, ovvero la possibilità di aumentare il numero delle variabili da esso indagate per la valutazione della performance energetica dell’edificio. Lo strumento di supporto alla progettazione, infatti, è stato concepito come modulare e scalabile, ed implementato attraverso un foglio di calcolo organizzato su più schede. Una delle ragioni per cui si è scelto questo sistema di gestione ed elaborazione dei dati è la capacità di poter gestire valori provenienti da diversi software con un unico strumento, garantendo la possibilità di poter inserire in futuro nuove variabili da analizzare aggiungendo ed implementando una o più schede dedicate. A titolo esemplificativo si cita uno degli sviluppi futuri già previsti per la ricerca, ovvero l’integrazione degli aspetti relativi alla scelta dell’impianto di climatizzazione. A tal fine si prece di creare una scheda dedicata nella quale convergeranno i dati utili al dimensionamento, si inseriranno quelli relativi alle variabili dell’impianto e si scriveranno le equazioni per elaborare i dati. I risultati ottenuti potrebbero diventare successivamente dati di input per ulteriori processi, come ad esempio l’installazione di pannelli solari o fotovoltaici, secondo la logica del procedimento a cascata descritto.
Ricerche accurate hanno preceduto sia la realizzazione del programma di calcolo sia la modellazione energetica delle soluzioni progettuali indagate; al contempo ogniqualvolta possibile sono state condotte una calibrazione ed una validazione dei risultati ottenuti su situazioni reali, per quanto attiene, tra l’altro, agli esiti della modellazione dei locali interrati e a quelli dei calcoli relativi alle potenze di picco richieste. Infatti, parte fondamentale di questa ricerca è stata la continua validazione e calibrazione del programma di calcolo e dei modelli tramite esso sviluppati con dati reali provenienti da esperienze condotte o da altri studi. Per questa ragione, parallelamente allo sviluppo dello strumento, la ricerca ha previsto continui confronti e calibrazioni finalizzati ad aumentare l’affidabilità dello strumento a supporto della progettazione. A questo proposito è stata fondamentale la collaborazione con l’Azienda Branchini, che ha permesso di monitorare dal punto di vista termico, igrometrico, energetico ed idrico, un caso reale significativo per gli obiettivi della ricerca.
Altrettanto importante è stato il periodo di ricerca svolto presso il dipartimento di Viticulture ed Enology nella University of California Davis (USA), il quale ha permesso di reperire valori utili alle
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calibrazioni ed alle validazioni: dai dati impiantistici ed enologici fino ai valori energetici e termici monitorati sul Jesse Jackson Building, analizzato tramite modellazione energetica in regime dinamico.
La ricerca effettuata durante questi tre anni di dottorato ha permesso di produrre due pubblicazioni su riviste indicizzate nelle principali banche dati internazionali, fra cui Web of Science e Scopus. Le due pubblicazioni costituiscono l’Allegato A di questa tesi. Nello specifico, l’Allegato A.1, parte integrante di questa tesi, riporta gli esiti di uno studio inerente la definizione di un metodo per la validazione delle modellazioni energetiche di cantine interrate basato su una calibrazione sperimentale, esiti pubblicati dalla rivista Energy and Buildings. L’Allegato A.2 riguarda gli esiti relativi alla valutazione delle prestazioni termiche delle cantine per una progettazione orientata all’efficienza energetica, riportati in un articolo scientifico pubblicato da Transactions of the ASABE. Questo lavoro propone, tra gli altri risultati, una prima valutazione tecnico-economica di alcune variabili progettuali per una cantina vitivinicola di dimensioni medio-piccole, ed anticipa in parte uno degli sviluppi futuri della ricerca, ovvero le analisi sul periodo di ritorno economico delle soluzioni ipotizzate. Per questa finalità si prevede di elaborare un modello ad hoc per il computo metrico estimativo e di integrarne l’articolazione inserendo una nuova scheda dedicata nello strumento di supporto alla progettazione. Inoltre una ulteriore implementazione del programma di calcolo è quella che prevede l’integrazione di una scheda per la gestione completa degli impianti, al fine di ottenere dati sui costi di gestione della produzione potendo realizzare un’analisi di payback.
Il programma di calcolo sviluppato, anche prendendo in considerazione l’apporto di fonti di energia rinnovabili, si dimostra uno strumento di fondamentale importanza per la realizzazione di strumenti di certificazione dei processi produttivi. E’ infatti possibile convertire gli esiti quantitativi delle elaborazioni restituite in indicatori sintetici semplificati di più semplice utilizzo ed immediata comprensione relativi alla impronta energetica della produzione (quali, solo a titolo di esempio, il carico energetico per unità di volume di vino prodotto), fondamentali per la messa a punto di eventuali marchi connessi a politiche di certificazione volte a qualificare le aziende del settore attraverso la trasparenza nei confronti del consumatore circa la sostenibilità energetica della propria produzione, e dunque a fornire maggiore consapevolezza al momento dell’acquisto al consumatore stesso.
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