Design of cardboard prefabricated temporary dwellings through economic and hygrothermal assessment-according to nZEB requirements in warm-temperate climates

One of the most important targets enforced by EPBD recast is that by end of 2020, all new buildings have to be nearly zero energy buildings. In the current regulation, some building type categories are excluded from this assessment procedure, including temporary buildings with usage period less than two years. Although prefabricated construction has been developed lately, energy performance studies have rarely been carried out for them. However, one crucial stage in post-disaster housing is the accommodation period in temporary homes which may last three years or more. Therefore, it necessitates more serious attention to their energy efficiency. This research addresses the aforesaid concerns. In this study, the cost-effective and energy efficient design of emergency temporary homes suitable for Italian context with a focus on regions with warm temperate climate is considered. As an innovative, 100% recycled, and low environmental impact material, honeycomb cardboard was taken for wall insulations; experimental and analytical investigations were carried out to determine its thermal and environmental characteristics. A building typology was designed with flexibility and expandability features to be taken as reference building. Its wall, roof, and floor envelopes were designed, assessed regarding heat and moisture transfer, and modified to be compatible with the latest energy performance requirements. Whole building energy simulations were carried out in three warm Italian climate zones (B, C, and D) to investigate effect of climate conditions on their thermal energy needs. Performing a parametric study on the opaque envelope thermal transmittance in the required ranges of regulations, it was analyzed that from cost-effectiveness energy efficiency viewpoint, in milder climates envelope variants with less thermal resistance and in warmer climates with higher ones rather than the required limits could be located in the cost-optimal corridor. In addition, various time horizons were assessed and it is suggested that by considering the most influential capital and replacement costs, the most appropriate life time for the prefabricated building must be chosen for the “second life” after occupancy period. Details of the optimum solution ranges found are presented in this study.

Uno degli obiettivi più importanti applicati dalla rifusione dell'EPBD è che entro la fine del 2020, tutti i nuovi edifici devono essere edifici a energia quasi zero. Nell'attuale regolamento, alcune categorie di tipi di edifici sono escluse da questa procedura di valutazione, inclusi edifici temporanei con un periodo di utilizzo inferiore a due anni. Sebbene ultimamente siano state sviluppate costruzioni prefabbricate, raramente sono stati condotti studi sulle prestazioni energetiche. Tuttavia, una fase cruciale delle abitazioni post disastro è il periodo di alloggio nelle case temporanee che può durare tre anni o più. Pertanto, richiede un'attenzione più seria alla loro efficienza energetica. Questa ricerca affronta le suddette preoccupazioni. In questo studio, viene presa in considerazione la progettazione economica ed efficiente dal punto di vista energetico delle case temporanee di emergenza adatte al contesto italiano, con particolare attenzione alle regioni con clima temperato caldo. Essendo un materiale innovativo, riciclato al 100% e a basso impatto ambientale, è stato utilizzato il cartone a nido d'ape per isolamenti delle pareti; sono state condotte indagini sperimentali e analitiche per determinarne le caratteristiche termiche e ambientali. È stata progettata una tipologia di edificio con caratteristiche di flessibilità ed espandibilità da prendere come edificio di riferimento. Le buste per pareti, tetto e pavimento sono state progettate, valutate in merito al trasferimento di calore e umidità e modificate per essere compatibili con i più recenti requisiti di prestazione energetica. Simulazioni di energia per l'intero edificio sono state condotte in tre zone climatiche italiane calde (B, C e D) per studiare l'effetto delle condizioni climatiche sul loro fabbisogno di energia termica. Effettuando uno studio parametrico sulla trasmittanza termica dell'inviluppo opaco nelle gamme di normative richieste, è stato analizzato che dal punto di vista dell'efficienza energetica in termini di costi, in climi più miti varianti di inviluppo con minore resistenza termica e in climi più caldi con quelli più alti anziché i limiti richiesti potrebbe trovarsi nel corridoio ottimale in termini di costi. Inoltre, sono stati valutati diversi orizzonti temporali e si suggerisce che, considerando i costi di capitale e di sostituzione più influenti, il periodo di vita più appropriato per l'edificio prefabbricato debba essere scelto per la "seconda vita" dopo il periodo di occupazione. I dettagli delle gamme di soluzioni ottimali trovate sono presentati in questo studio.