In questa breve trattazione, intendiamo esporre in maniera schematica la logica operativa delle soluzioni offerte dal mercato per valutare l'impatto ambientale delle costruzioni, interfacciandosi con la progettazione digitale, senza entrare nei dettagli delle specifiche soluzioni commerciali.
Le informazioni contenute in un modello digitale e la possibilità di analizzare le proprietà termiche e l'involucro edilizio necessarie per l'analisi dei flussi energetici sono strettamente legate alle esigenze d'uso e alla natura delle attività che si svolgono all'interno di un edificio. Questi dati costituiscono il punto di partenza per l'elaborazione della performance energetica, attraverso interfacce software o piattaforme web offerte da aziende specializzate nello sviluppo di software per il settore delle costruzioni.
Modello concettuale e modello fisico
Metodologicamente, si parte dalla collocazione geografica dell'edificio e dalle condizioni ambientali e climatiche del sito in cui esso deve essere costruito o si trova, nel caso di edifici esistenti. I dati statistici provenienti dalle stazioni meteorologiche più vicine consentono di rilevare il regime pluviometrico medio annuo, l’intensità dei venti, le condizioni termiche e igrometriche in rapporto al soleggiamento.
Successivamente, si analizzano le geometrie, definendo modelli concettuali in cui volumi e superfici di involucro, anche in rapporto al fattore di ombreggiamento, permettono di determinare il miglior orientamento dell'edificio rispetto al soleggiamento nelle diverse stagioni dell'anno. Questo approccio preliminare viene affiancato da altre analisi, come l'impatto paesaggistico, le relazioni con il contesto costruito, lo studio della viabilità e della sosta dei veicoli, nonché valutazioni urbanistiche.
Esempio di output e risultati del modello energetico
Questo primo approccio metodologico è già da anni disponibile nelle principali piattaforme di BIM authoring. Per esempio, è possibile effettuare uno studio solare già dal solo modello di massa, rappresentando i rapporti tra pieni e vuoti, sporgenze, superfici opache e trasparenti, nonché il grado di ombreggiamento.
Questi dati possono essere caricati su piattaforme di calcolo che forniscono la quantità di energia necessaria per il riscaldamento invernale e il raffrescamento estivo, in base al volume e all'area di sedime dell’edificio. In passato, il portale BIM 360 offriva analisi energetiche con report dettagliati sotto forma di istogrammi e cruscotti sui consumi energetici e il fabbisogno. Più specifica era la diagnosi fornita dalla piattaforma Green Building Studio, utilizzata da Autodesk in collaborazione con il Green Building Council (GBC). Questa piattaforma permetteva di caricare il modello in formato XML per valutare la sostenibilità dell’edificio secondo criteri LEED, attribuendo punteggi a parametri come il risparmio energetico, il recupero delle acque piovane e il contenimento delle emissioni di CO2.
Nel tempo, queste piattaforme si sono evolute, offrendo analisi più accurate, come lo studio del fattore di soleggiamento e la performance energetica tramite il portale Insight, ora integrato nella piattaforma collaborativa ACC. Tuttavia, va considerato che i risultati ottenuti si basano su criteri economici (espressi in dollari) non direttamente applicabili alle normative italiane.
Parametri e risultati di calcolo
Accanto a questo approccio teorico-energetico, utile per le scelte progettuali iniziali, esiste un approccio più diretto che fa riferimento al modello fisico. Il metodo di calcolo varia in base alle normative vigenti nei diversi Paesi e ai parametri richiesti nelle relative unità di misura.
In Italia, la legge 192/2005 e le successive modifiche stabiliscono i criteri per il calcolo del fabbisogno energetico, tenendo conto della destinazione d’uso dell’edificio e della zona climatica di appartenenza, con l’obiettivo di promuovere la migliore prestazione energetica possibile. L’analisi riguarda le superfici disperdenti del fabbricato e il fabbisogno energetico necessario per il riscaldamento e il raffrescamento, considerando le esigenze abitative o produttive dell’edificio.
La progettazione digitale offre grandi potenzialità in questo contesto, poiché i modelli virtuali contengono dati essenziali come le caratteristiche dell’involucro edilizio (materiali, proprietà fisiche e termiche) e i vani termici, per i quali si calcola il fabbisogno energetico e i carichi termici da soddisfare.
Analisi energetica attraverso il modello BIM
L'analisi energetica di un edificio può essere effettuata in diversi modi: attraverso fogli di calcolo conformi alle direttive CIE, mediante rappresentazioni bidimensionali o, più efficacemente, tramite un modello BIM.
Nel caso di un modello digitale, le informazioni contenute negli oggetti possono essere sfruttate con due principali metodi:
Lettura diretta dal formato proprietario BIM: alcune applicazioni commerciali compatibili con i principali software BIM authoring consentono di estrarre ed elaborare i dati necessari, come la trasmittanza dei materiali, le informazioni associate ai vani termici e le prestazioni degli impianti.
Esportazione del modello in formato aperto IFC: in questo caso, vengono estratte esclusivamente informazioni geometriche (altezze, spessori, superfici disperdenti, ombreggiamenti, volumi, caratteristiche degli elementi accessori come porte e finestre). Il software di calcolo associa poi questi dati alle proprietà termiche dei materiali, determinando il fabbisogno energetico e il comportamento termico dell'edificio.
Attualmente, la maggior parte delle soluzioni di mercato tende a utilizzare il formato aperto IFC, piuttosto che il formato proprietario BIM, per garantire una maggiore interoperabilità e applicabilità nel contesto italiano.
Infine, l'obiettivo dell'analisi della prestazione energetica degli edifici non è solo la misurazione e il miglioramento della sostenibilità in fase di realizzazione o riqualificazione, ma anche la creazione di un sistema di monitoraggio continuo dei consumi e della salubrità degli ambienti. Ciò avviene attraverso l’integrazione con tecnologie BMS (Building Management System), che gestiscono funzioni tecnologiche come sicurezza, rilevazione incendi, gestione energetica, ascensori e monitoraggio del clima interno.
Queste soluzioni si avvalgono delle tecnologie IoT (Internet of Things), ovvero dispositivi intelligenti connessi in rete per raccogliere, elaborare e scambiare dati ambientali. Attraverso il facility management, questi sistemi permettono di monitorare i consumi e fornire indicatori chiave di prestazione (KPI), permettendo analisi predittive basate su dati in tempo reale raccolti da sensori e sonde.
L’integrazione tra BIM, analisi energetica e IoT rappresenta quindi una soluzione innovativa e strategica per il miglioramento delle prestazioni energetiche e della sostenibilità degli edifici.
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