Simulazione e analisi dinamica del modello energetico degli edifici: vantaggi e strumenti per l’applicazione

Ecco come software di modellazione 3D/BIM e simulazione energetica dinamica degli edifici possono aiutare i progettisti con calcoli e previsioni più affidabili sulle performance energetiche dei progetti.

L'edificio è un sistema complesso ed i fenomeni energetici che si sviluppano al suo interno sono diversi e in continua relazione tra loro. Simulare il comportamento di tale sistema permette di analizzare il funzionamento delle costruzioni secondo il loro reale utilizzo.

Come sappiamo la crescente attenzione alle problematiche ambientali ha spinto nazioni mondiali altamente energivore, tra cui l’Italia, ad adoperarsi per il contenimento dei consumi energetici in ambito edilizio.

Esistono da anni una serie di strumenti normativi che hanno portato all’obbligo, per le nuove costruzioni e per gli interventi di riqualificazione, del calcolo del fabbisogno energetico normalizzato dell’edificio e alla verifica della rispondenza di quest’ultimo ai limiti imposti dalla legge.

Simulazione energetica degli edifici in regime semi-stazionario

La tendenza è abbinare tale attività di analisi energetica al concetto di simulazione energetica degli edifici.

Nella realtà i calcoli richiesti oggi sono effettuati in quella che viene definita “simulazione energetica in regime semi-stazionario“ (mensile).

È evidente che, se il calcolo della prestazione energetica viene effettuato per verificare il rispetto dei limiti imposti dalla normativa vigente, deve essere necessariamente un calcolo standardizzato, in cui la procedura di calcolo è univoca e molti valori sono normati in modo tale da consentire una comparazione univoca tra i risultati ottenuti e i valori di legge.

Questo tipo di calcolo che possiamo definire “tradizionale”, deve essere semplificato e rapido da eseguire.

Limiti del calcolo tradizionale

Il limite di un calcolo di questo tipo è che considera standard parametri che in realtà standard non sono, e anzi possono variare di molto la prestazione dell’edificio.

Pensiamo alla temperatura esterna, che viene considerata come media mensile mentre nella realtà varia non solo da un giorno all’altro dello stesso mese, ma anche nell’arco di una stessa giornata può subire oscillazioni significative.

Il risultato che deriva da un calcolo semi-stazionario e con dati di input standard, da norma, è un valore puramente teorico, utile per confrontare la prestazione ottenuta con il limite di legge o per collocare l’edificio in una classe energetica, ma non certamente per definire il reale consumo dell’edificio.

Simulazione energetica degli edifici in regime dinamico

Se lo scopo del calcolo è creare un modello di simulazione del comportamento energetico dell’edificio il più possibile vicino al comportamento reale, magari per valutare soluzioni progettuali alternative che possono essere simulate e confrontate tra loro o per pianificare interventi di riqualificazione energetica su un edificio esistente, un calcolo standardizzato e semplificato può non essere di grande aiuto.

Il calcolo ottimale, in questo caso, è un calcolo che parta da dati di input molto dettagliati per restituire output altrettanto significativi.

Per tener conto di questi aspetti uno dei parametri che cambia è innanzitutto l’intervallo di calcolo: se le norme attualmente in vigore usano un intervallo di calcolo mensile, per fare un calcolo più dettagliato questo intervallo deve diventare giornaliero o, ancor meglio, orario.

La progettazione degli edifici ad alta efficienza energetica necessita dunque di strumenti avanzati che permettano di valutare correttamente i fenomeni termofisici. Solo la “simulazione dinamica” analizza con precisione ed affidabilità le prestazioni energetiche di un edificio ad alte prestazioni.

Il metodo più completo e versatile disponibile per un dimensionamento corretto è attraverso la modellazione energetica ed in particolare la simulazione dinamica.

Grazie ai software di simulazione dinamica è possibile controllare le numerose variabili presenti in un sistema edificio-impianto.

Strumenti per l'analisi e la simulazione energetica dinamica degli edifici

Passare da un calcolo tradizionale ad un calcolo dinamico può sembrare un passaggio da poco o un’evoluzione naturale di un modo di lavorare; di fatto è una vera e propria rivoluzione per un professionista.

La prima difficoltà che si incontra consiste nell’approccio con i motori di calcolo.

Se per i calcoli energetici tradizionali siamo abituati a software commerciali con interfacce grafiche che guidano e assistono passo passo l’utente, segnalando ogni errore e dimenticanza, i motori di calcolo per le simulazioni energetiche dinamiche sono codici con grande potenza di calcolo ma spesso poco userfriendly.

Energy-Plus™, ad esempio, è un motore di simulazione americano molto diffuso a livello internazionale che prevede l’inserimento di tutti i dati di input attraverso file di testo; se consideriamo che anche solo per definire la geometria dell’edificio i punti da inserire possono essere centinaia o migliaia appare evidente che anche solo questo punto non è un ostacolo da poco. 

Soluzioni in grado di integrare tutta la potenza del motore di calcolo EnergyPlus™ e della modellazione BIM/3D

È il caso di TerMus-PLUS, il primo software italiano di modellazione 3D BIM per l'analisi e la simulazione energetica dinamica degli edifici.

La tecnologia ACCA per la modellazione 3D BIM e l’analisi energetica aiuta ad ottenere calcoli energetici e previsioni più affidabili sui consumi e sulle performance energetiche di edifici di nuova costruzione o da ristrutturare.

Tutte le funzioni e i vantaggi di TerMus-PLUS 

TerMus-PLUS semplifica al massimo la creazione del modello energetico per il solutore EnergyPlus™.

Non è il professionista a dover dare tutte le informazioni per ricavare il modello di calcolo per il solutore: è il software a generarlo in automatico dal modello architettonico BIM dell’edificio.

• Modellazione 3D da file DXF/DWG e modelli IFC con libreria di oggetti BIM e calcolo automatico di ponti termici
• Archivio climatico METEONORM® e import dei dati da EnergyPlusTM
• Definizione guidata di setpoint, impianti e generatori
• Profili d'uso e programmazione oraria con modelli predefiniti e soluzioni personalizzate
• Diagnostica in real-time dei dati di progetto
• Calcolo dinamico, simulazione e analisi energetica veloci con EnergyPlusTM
• Risultati di calcolo in report, tabelle, grafici, viste e animazioni 3D
• Computo metrico estimativo dinamicamente integrato al modello BIM dell'edificio
• Confronto dinamico di diverse soluzioni progettuali

TerMus-PLUS permette di eseguire simulazioni energetiche in regime dinamico ponendo il modello energetico nelle condizioni operative reali.

In questo modo il tecnico può verificare ed ottimizzare, per edifici nuovi ed esistenti:

• i reali consumi energetici dell’edificio (suddivisi per EOdC, sub-EOdC e zone) e i principali fattori che influenzano tali consumi (i dati sono aggregati per frequenza annuale, mensile, giornaliera e oraria.);
• i consumi delle centrali termiche per il singolo impianto (che può raggruppare i servizi di riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria) con riferimento al combustibile, ai costi e alle emissioni che ne derivano;
• l’influenza degli apporti interni sui consumi energetici;
• le prestazioni energetiche di differenti materiali.

Inoltre il modellatore 3D/BIM di TerMus-PLUS consente di:

• intervenire con precisione e rapidità su ogni elemento del progetto, modificare i profili d'uso, la programmazione oraria, i carichi delle zone e dei vani, l'impiego delle centrali termiche, ecc..
• confrontare gli indicatori energetici e i dati economici del modello nella situazione Ante e in quella Post intervento e raccogliere tutti i dati utili per eventuali interventi migliorativi.

Infine per ogni singola entità selezionata può:

• visualizzare l’output di dettaglio e hai i dati in forma grafica o tabellare (con fogli Excel che puoi personalizzare) per dettaglio annuale, mensile, giornaliero e orario.
• vedere i risultati di calcolo anche in 3D con mappatura a colori e avvii simulazioni dinamiche con animazioni video che mostrano il comportamento energetico dell'edificio nel tempo.
• stampare grafici e report riassuntivi di tutti i dati presenti all’interno di ogni singolo EOdC o impianto.

La simulazione energetica dinamica è un prezioso strumento tecnico che può guidare il progettista nella scelta tra soluzioni alternative, grazie alla sua capacità di simulare in maniera molto verosimile e dettagliata il reale comportamento dell’edificio, ora dopo ora in tutti i giorni dell’anno. Guardano anche le più recenti direttive europee e le norme tecniche del settore, sempre in rapida evoluzione, appare evidente come il percorso verso gli ambiziosi obiettivi energetici europei passi necessariamente attraverso le simulazioni energetiche dinamiche, che con il loro livello di dettaglio riducono il numero di semplificazioni introdotte per simulare il comportamento dell’edificio e consentono di eseguire calcoli più realistici ed efficaci. 

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