Importazione e condivisione di dati tra un modello BIM e la simulazione energetica in regime dinamico che rappresenta oggi il migliore strumento per l'analisi delle prestazioni di un edificio

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Arch. Andrea Denza - EnUp Srl www.enup.it

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Indice
1. Analisi energetiche
2. Differenze tra simulazione stazionaria e dinamica
3. Vantaggi della simulazione dinamica
4. Personalizzazione ed approssimazione
5. Campi di attività della simulazione dinamica
6. File di interscambio (IFC e gbXML)
7. Considerazioni sull’importazione da BIM a BEM

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Consumi energetici degli edifici
E’ ormai chiaro per gli operatori del settore e in parte per l’opinione pubblica che buona
parte dell’energia globale viene consumata dagli edifici
Obiettivo della ingegneria energetica applicata agli edifici è quello di:
 Minimizzare i consumi
 Migliorare il comfort interno
 Aumentare la sostenibilità ambientale
In base a numerosi studi questo è il settore dove sono possibili i maggiori risparmi
energetici
Obiettivo
Massimo comfort con il minimo consumo energetico

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Analisi energetiche e approccio BIM
Le analisi energetiche vengono usate per:
 Gli edifici da costruire (progetto del nuovo)
 Gli edifici da riqualificare (progetto dell’esistente)
 Operational Maintenance (gestione)
LCA life cycle assessment
Questa attenzione all’intero ciclo di vita dell’edificio è lo stesso che si ha nell’approccio
BIM
Progettazione integrata
Valutare indipendentemente involucro edilizio e sistemi HVAC (termine molto utilizzato
nel linguaggio tecnico inglese che sta per Heating, Ventilating and Air Conditioning ) è
superato
Riprende il metodo di lavoro che prevede un approccio integrato nella progettazione tra
architetti ed ingegneri

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L’edificio è un organismo complesso

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Strategie passive per il riscaldamento
Soluzioni che per essere
efficaci devono essere
opportunamente
progettate calibrando lo
spessore della parete
d'accumulo e il tipo di
vetrate
• Muro di Trombe
• Serre solari
• Apporti diretti
• Orientamento

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Strategie passive per il raffrescamento
Ombreggiamento Massa termicaVentilazione
• Fissi
• Mobili (sensori)
• VMC
• Free cooling

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Serre solari e doppia pelle

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Metodi di calcolo
La principale differenza tra i regimi sta nell’intervallo temporale di calcolo
 STAZIONARIO: stagione
 SEMISTAZIONARIO: mensile
 DINAMICO: fino al minuto

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Stazionario e Semi-stazionario
Il calcolo viene fatto con un trasferimento di energia tra edificio e ambiente esterno in
condizioni fisse. Nell’intervallo temporale dell’analisi (mensile o stagionale) vengono
mantenuti costanti:
 Uso dell’edificio (occupazione, apporti interni, ecc.)
 Condizione climatiche (temperature)
Fanno parte di questa categoria i Software commerciali
con cui si redige l’Attestato di Prestazione Energetica (APE)
Metodo TRADIZIONALE semplificato e approssimativo
che non tiene conto di molti aspetti che riguardano la
fisica dell’edificio.

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Prestazioni estive difficili da controllare
Clima mediterraneo e prestazione estiva
 L’eccessivo isolamento è la soluzione più semplice ma funziona nei climi
freddi, meno nel clima mediterraneo
 Il clima caldo mediterraneo necessita di un attento controllo degli
ombreggiamenti, della massa termica e della ventilazione.
 I software tradizionali hanno prestazioni insufficienti sulla climatizzazione
estiva.
La simulazione dinamica controlla bene il regime estivo

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Perche simulare con il regime dinamico?
 Tendenza futura verso gli NZEB
 Sviluppo delle tecniche passive (senza ausilio di impianti)
 Progettazione della ventilazione per il raffrescamento estivo (free-cooling)
 Progettazione dell’inerzia termica dell’involucro (pareti molto massive) sia per
inverno che per estate
 Progettazione degli impianti ad energia rinnovabile
 Progettazione di ambienti con molta superficie vetrata per il controllo
dell’irraggiamento (abbagliamento) e del surriscaldamento.
 Progetto dell'involucro (facciate, doppia pelle, pareti ventilate, etc)
 Evitare il sovradimensionamento degli impianti di riscaldamento e raffrescamento
 Su edifici esistenti per prevedere e controllare i fenomeni metereologici e adattare
in anticipo gli impianti e le fonti rinnovabili
 Progetto o diagnosi di edifici complessi (musei, ospedali, palestre)
 Geotermia
Maggiore consapevolezza dell’edificio = RISPARMIO

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Controllo illuminazione e surriscaldamento
L’alternativa ?
Sovradimensionamento
degli impianti

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Teoria
stato iniziale > approssimazione > obiettivo
Edificio > Modello > Simulazione
 Il modello è una possibile approssimazione dello stato iniziale (edificio reale o
progettato). E’ fondamentale quindi capire i confini del sistema e il dettaglio scelto ai fini
dell’attività di simulazione e alla migliore analisi dei risultati
 Nelle simulazione dinamiche il modello è oggetto di un insieme di calcoli e variabili che
dipendono dal tempo
 Vantaggio per l’utente è l’alta personalizzazione delle caratteristiche del modello e
quindi dei risultati ottenibili dalla simulazione
 Fondamentale è capire in precedenza l’obiettivo della simulazione
 E’ necessario avere un approccio critico

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Software di Simulazione Dinamica (BPES)
I Building Performance Energy Simulation (BPES) software permettono di simulare un
modello e valutare i comportamenti termofisici in innumerevoli condizioni.
Affidabilità dati in ingresso = Affidabilità della simulazione
 File climatici aggiornati e validati
 Caratteristiche termiche dei materiali (su edifici esistenti si può utilizzare la taratura
tramite l’uso di sonde di temperatura)
I software sono solitamente composti da due parti: il motore di calcolo e il modellatore
grafico
La simulazione dinamica necessita di esperienza e conoscenza dell’utilizzatore. Non si
tratta di software immediati e semplici

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Principali Software sul mercato
 Energy Plus sponsored by the Department of Energy (DOE) USA (1996)
 ESP-r developed by British Energy System Research Unit (Uni. Glasgow Scozia
1977)
 IDA ICE developed by EQUA Simulation AB founded 1995 Stockholm (Sweden)
 IES Integrated Environmental Solutions (UK world experts)
 TRNSYS Thermal Energy System Specialists US
 EDSL TAS
Normativa
In Italia la Simulazione Dinamica è considerata in modo limitato dalla normativa
art. 4 comma 27 lettera o) del DPR 59/2009
per gli edifici di nuova costruzione del settore terziario con volumetria maggiore di
10.000 mc, occorre prendere in considerazione l'influenza dei fenomeni dinamici,
attraverso l'uso di opportuni modelli di simulazione, salvo che si possa dimostrare la
scarsa rilevanza di tali fenomeni nel caso specifico.

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Criteri di qualità di un Software BPES
1. SEMPLICITA’ D’USO
2. INTEROPERABILITA’: capacità di modellare o di importare il modello con
approccio BIM e di esportare i risultati
3. Importazione di database di materiali, impianti, dati meteo
4. PRECISIONE e velocità di calcolo
5. Possibilità di inserire elementi esterni e di intervenire sulle equazioni di calcolo
(componenti)
6. RAPIDITA’ DI APPRENDIMENTO Assistenza della casa madre, guide e tutorial,
corsi
7. VALIDAZIONE e riconoscimento internazionale (Es. usabili per certificati LEED e
BREEAM)

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Componenti di una simulazione

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Quanto è precisa la simulazione?
I picchi rossi indicano degli eventi imprevisti come avere lasciato le finestre aperte o una
presenza elevata (non prevista) di persone all’interno di una stanza
Tratto da analisi Villa Mondragone di Ing. V.A. Puggioni

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Personalizzazione: i setpoints
personalizzazione degli indicatori al cui raggiungimento avvengono delle scelte
Es.
Al di sotto di una certa temperatura nel modello si accende il riscaldamento
Superato un certo livello di CO2 si accende la ventilazione nella sala riunioni, ma solo tra
le 10 e le 18 dal lunedi al venerdì, giorni in cui l’ufficio è aperto.

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Personalizzazione: gli apporti gratuiti

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Occupanti
• La presenza delle persone all’interno degli
ambienti è una delle variabili più difficile da
stimare
• Gli apporti gratuiti dovuti alle persone
incidono molto sul fabbisogno interno
• Rispetto al tipo di attività che una persona
svolge all’interno di un ambiente abbiamo una
potenza emessa variabile tra 72 w (sonno) e
700 w (sport)
• In caso di destinazioni d’uso particolari
come i DATACENTER l’apporto da valutare è
dato dal calore emesso dagli strumenti
elettronici

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Personalizzazione: impianti e controllo

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Quali risultati posso ottenere nella singola
zona?
• Temperatura dell'aria e temperatura
percepita, anche al pavimento ed al soffitto
• Temperatura e flussi di calore sulle singole
superfici
• Bilancio termico
• Benessere Termoigrometrico secondo gli
indici di Fanger (PPD, PMV)
• Qualità dell'aria interna tramite ricambi
d'aria/ora, livello di CO2 , umidità
• Flussi d'aria e ventilazione meccanica
controllata (VMC)
• Dispersione dei flussi di calore attraverso
l'aria, l'involcuro, le murature
• Illuminazione solare
• Controllo degli ombreggiamenti

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Bilancio termico (anche di una singola parete)
Valori positivi indicano la trasmissione del calore dall’esterno verso l’interno
Tratto da analisi Villa Mondragone di Ing. V.A. Puggioni

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Una piccola indagine

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Campi di attività della simulazione dinamica
PROGETTAZIONE
• Consulenze per progettazione energetica (involucri, impianti, ventilazione)
• Realizzazione edifici NZEB (Energia Zero) e Passivi
• Edifici “delicati” dal punto di vista energetico come (sale museali, palestre, edifici
vincolati, scuole)
• Pareti ventilate, muri di trombe, serre solari
CERTIFICAZIONE
• Punteggio aggiuntivo per il Protocollo LEED
INVESTIMENTI
• Ritorno economico degli interventi di riqualificazione (ESCO)
• Supporto alle banche per valutare la effettiva convenienza dei progetti di
riqualificazione
FACILITY MANAGEMENT
• Monitoraggio e controllo delle prestazioni energetiche di edifici e impianti

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Futuro della simulazione dinamica
NORMATIVA
Non si avvertono, dal punto di vista nazionale, obblighi sull’utilizzo della simulazione dinamica. Potrebbe
arrivare qualche novità dall’UE
INCENTIVI
Come già accade per il LEED potrebbe essere favorito chi nelle gare d’appalto si avvale di questa
tecnologia
MIGLIORAMENTO DEI SOFTWARE
Più intuitivi semplici e veloci
NZEB
Oltre agli obblighi normativi sarà indispensabile utilizzare la simulazione dinamica per progettare e
controllare gli edifici ad energia quasi zero
REPUTAZIONE
La simulazione dinamica permette di risparmiare perchè si valutano le prestazioni con precisione e
affidabilità prima della realizzazione
FORMAZIONE
A partire dall’Università in aumento i corsi di formazione e i seminari

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From BIM to BEM
BIM: Building Information Modeling
BEM: Building Energy Modeling

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 Vantaggi del BIM (Building Information Modeling)
- Interoperabilità tra i diversi settori in fase di progetto, realizzazione e manutenzione
(progettazione spazi, struttura, energia, impianti, costruzione,
manutenzione,dismissione)
- Il modello contiene tutte le informazioni possibili sull’edificio.
 Anche le analisi energetiche possono e devono far parte di questa visione
 File *IFC
- Formato di file aperto e libero per la condivisione dei dati di un edificio secondo
l’approccio BIM
- IFC è sviluppato dall’associazione BuildingSmart
 -IFC segue la ISO 16739:2013

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- E’ leggibile come un semplice file di testo o con dei programmi di visualizzazione (BIM
Viewer)
IFC e gbXML
- IFC : più semplice e leggibile, aperto, maggiormente utilizzato, pensato per i BIM in
generale
- gbXML (Green Building XML): formato di scambio pensato specificamente per i
programmi di simulazione energetica

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Approccio BIM per la Simulazione Dinamica

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Caso studio
Importazione di un edificio da REVIT a IDA ICE per l’analisi energetica in regime
dinamico
IFC FILE
MODELLAZIONE SIMULAZIONE DINAMICA
B.I.M.
Building Information Modeling
B.E.M.
Building Energy Modeling

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 Prestare particolare attenzione a:
- Definizione delle zone termiche da REVIT con il comando Locale
- Definizione della stratigrafia degli elementi architettonici (solai, murature, tramezzi,
etc)
- Difficoltà legate al concetto di approssimazione e controllo del modello in dinamica
 -Velocizzazione in caso di grandi edifici, meno in caso di piccoli edifici che si possono
modellare direttamente in IDA ICE
IFC FILE

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In ordine di difficoltà nell’importazione troviamo:
- Geometria e aspetti architettonici
- Impianti HVAC
- Controlli
Fondamentale è la definizione delle zone termiche e dei confini

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Video Tutorial
Pagina Youtube di EnUp Srl
https://www.youtube.com/watch?v=B5ZS3F13-ag

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Grazie
Arch. Andrea Denza
Per informazioni www.enup.it
From BIM to BEM