La simulazione di un grattacielo con la ventilazione ibrida e utilizzo di modelli predittivi

La ventilazione ibrida

La ventilazione ibrida permette di ridurre efficacemente i consumi energetici legati al raffrescamento, combinando la ventilazione naturale con quella meccanica. Infatti è stato dimostrato che l’utilizzo di questa tipologia di ventilazione permette di raggiungere un risparmio medio del 56% dei consumi energetici estivi.

Per incentivare l’utilizzo di questo sistema come soluzione energeticamente efficiente per il raffrescamento degli ambienti, e quindi per evitare fenomeni di surriscaldamento, IEA (International Energy Agency) ha sviluppato un database di applicazioni di differenti sistemi di ventilazione per il raffrescamento, includendo numerosi edifici di diversi paesi (Venticool 2016).

Le ricerche sviluppate finora sull’applicazione della ventilazione ibrida si sono incentrate su singole case o su edifici a basso consumo e quindi risultano molto limitati gli studi su larga scala, soprattutto quelli riguardanti i grattacieli e basati su misure reali. Ciò è dovuto sia alla mancanza di dati, che non permette di ottenere una simulazione valida e accurata di interi edifici in cui è presente la ventilazione ibrida, e sia alla complessità dei sistemi di ventilazione presenti negli edifici a grande altezza, che rappresentano la tipologia edilizia più energivora.

Una delle sfide su cui si sta focalizzando la ricerca attuale è quella di ottimizzare i sistemi di ventilazione ibrida, utilizzando i sistemi di controllo basati su modelli predittivi per variare opportunamente la ventilazione al variare delle condizioni climatiche esterne, pur garantendo le condizioni di comfort interno. Affinché i modelli predittivi siano efficaci nella regolazione della ventilazione, è necessario che non siano troppo complessi, così da implementarli facilmente e utilizzarli per il controllo on-line.

Alcuni studenti della Concordia University (Canada) hanno analizzato le differenze di modelli predittivi basati su un modello di simulazione dettagliato e semplificato dello stesso grattacielo, in cui sono stati implementati i dati climatici misurati sul tetto del grattacielo stesso. In particolare, sono stati rilevati per due giorni consecutivi i valori assunti da parametri climatici, quali la temperatura esterna e la velocità e la direzione del vento, e dalla percentuale di aria immessa in ambiente sia per ventilazione naturale e sia per quella meccanica. Per quanto riguarda invece i modelli creati, è stato inizialmente simulato l’intero edificio attraverso un modello dettagliato multizone (15 zone) e successivamente lo stesso modello è stato semplificato in uno a solo 5 zone, opportunamente validato confrontando i risultati dei due modelli e con i dati misurati.

È stato quindi dimostrato che entrambi i modelli permettono di raggiungere risultati molto simili tra loro, ovvero le previsioni basate su entrambi i modelli si differenziano meno del 10%. Ciò ha permesso quindi di utilizzare il modello semplificato, invece di quello dettagliato, come modello predittivo per il controllo delle aperture di immissione in ogni zona, basato sulle condizioni climatiche previste. Tuttavia sono stati previsti ulteriori sviluppi di questa ricerca incentrati sull’implementazione del modello semplificato in applicazioni di modelli predittivi per il controllo on-line e sull’approfondimento del modello per includere aspetti legati al bilancio energetico dell’edificio.