Le problematiche della modellazione energetica dei grattacieli

Modellazione energetica & grattacieli

La modellazione energetica degli edifici rappresenta una strategia efficace per identificare i potenziali risparmi energetici e per definire le tipologie di intervento che possono rendere un edificio energeticamente più efficiente. Tuttavia, esistono differenti aspetti che rendono problematica la modellazione, in particolare per edifici di grande altezza quali i grattacieli.

Alcune di queste problematiche sono state analizzate in una ricerca di alcuni studenti dell’Università di Hong Kong, i quali si sono focalizzati su quattro aspetti principali, ovvero la tipologia di modellazione, gli strumenti utilizzati per la modellazione, la disponibilità di dati e infine le condizioni atmosferiche.

Riguardo la modellazione, vi sono numerose ricerche sulle prestazioni energetiche dei grattacieli per lo più incentrate sull’analisi dei differenti componenti di cui sono costituiti piuttosto che sul consumo energetico dell’intero edificio. Inoltre sempre da queste ricerche emerge una scarsa comprensione della relazione tra il consumo energetico normalizzato e i vari parametri dell’edificio stesso.

Attualmente vi è una grande varietà di strumenti di simulazione per prevedere il consumo energetico annuale degli edifici; tutti questi si basano sull’utilizzo di dati orari o sub-orari, che forniscono informazioni tridimensionali sul comportamento energetico dell’edificio. Tuttavia la complessità degli strumenti e la quantità di dati inseriti nella modellazione di un edificio di grande altezza rende molto lunghi i tempi di calcolo delle prestazioni energetiche.

A tal proposito, è necessario sottolineare la difficoltà di avere a disposizione un numero considerevole di dati, soprattutto riguardanti i consumi energetici dell’edificio, i quali sono necessari per una corretta modellazione e permettono di definire un modello il più possibile prossimo alla realtà, ovvero un modello i cui risultati sono analoghi a quelli effettivamente misurati. 

Un’altra problematica della modellazione energetica riguarda l’inserimento dei dati climatici e delle condizioni ambientali in cui si trova l’edificio. Infatti, il microclima in cui si inserisce un grattacielo, legato a fattori quali le condizioni atmosferiche e le caratteristiche dell’ambiente urbano circostante, è rappresentato da parametri non costanti lungo tutta l’altezza dell’edificio e che variano notevolmente anche da piano a piano. Quest’aspetto, del tutto non trascurabile, non può essere tuttavia descritto nella modellazione energetica di un edificio, in cui le condizioni del microclima vengono considerate costanti.

Gli studenti dell’Università di Hong Kong hanno analizzato queste problematiche creando il modello energetico di un grattacielo, destinato ad uffici e situato nella medesima città, caratterizzata da un clima caldo e umido. La scelta del caso studio è stata tale in quanto la maggior parte degli edifici presenti ad Hong Kong sono grattacieli e il caso studio rappresenta il 20% della totalità di questi ultimi.

Nella modellazione del caso studio è emerso inizialmente come una parziale soluzione possa essere costituita dalla semplificazione dei dati di input, quali le zone termiche, in modo che gli strumenti di simulazione operino più efficientemente. 

La soluzione ottimale raggiunta nel corso dell’analisi è invece rappresentata dall’integrazione del modello energetico con un programma CFD, il quale permetterebbe di fornire più accurati valori di input riguardanti le condizioni climatiche esterne quali la temperatura e la velocità del vento. Infatti, come è possibile osservare dallo schema riportato in Figura 1, è evidente come un modello integrato permetta di considerare le effettive condizioni microclimatiche calcolate attraverso il software CFD e, in funzione delle caratteristiche dell’edificio, sia possibile ottenere un modello di simulazione energetica prossimo al grattacielo reale.

Le problematiche della modellazione energetica dei grattacieli

Figura 1 – Modello integrato per la simulazione energetica dei grattacieli.