Modellazione e simulazione delle prestazioni energetiche e ambientali negli edifici a prevalenza residenziale

L'esigenza di favorire lo sviluppo sostenibile impone di abbandonare il tradizionale modello di sviluppo ad alto consumo di energia e di scegliere il modello di sviluppo verde. Anche nella progettazione architettonica i metodi tradizionali vengono gradualmente sostituiti da metodi basati sulle prestazioni in cui gli strumenti di simulazione sono applicati per supportare il processo decisionale in quanto si sono dimostrati in grado di ottenere significativi risparmi energetici, in particolare se adottati sin dalle prime fasi del concept e per la valutazione degli impatti delle tecnologie di efficienza energetica su scala distrettuale. La riduzione del consumo di energia è importante per il raggiungimento degli obiettivi energetici e ambientali, pertanto la progettazione urbana che integra efficacemente l’efficienza energetica e l’energia rinnovabile è di crescente interesse. Un elemento nuovo è rappresentato da una quantità di dati senza precedenti che offrono opportunità significative per migliorare le prestazioni degli edifici e le loro interazioni con il sistema energetico urbano. La disponibilità di strumenti di simulazione può aiutare ad analizzare più alternative in moda da indirizzare virtuosamente il processo decisionale. Si cercherà in questo studio di rendere conto in maniera sintetica dello stato dell’arte in materia. I tipi di simulazione disponibili per gli edifici sono molti e coprono aspetti diversi, quali l’analisi del ciclo di vita, l’illuminazione, l’acustica, la ventilazione, i consumi energetici, il comfort termo-igrometrico. Gli strumenti possono essere molto specifici, ma numerosi tra loro considerano diversi problemi insieme tra quelli citati. Nel nostro caso l’attenzione verrà focalizzata perlopiù sulle prestazioni energetiche e sulla qualità ambientale termini di illuminazione e ventilazione. La corretta valutazione di questi implica comunque l’inclusione di tutti gli elementi che concorrono al comportamento del sistema edificio-impianti nel suo complesso. Per esempio, quando anche non si voglia studiare il comfort visivo, sarà necessario includere nel modello una rappresentazione degli impianti di illuminazione, che hanno ricadute termiche ed energetiche molto rilevanti. In questo studio sono inoltre esaminati gli strumenti di simulazione esistenti nel tentativo di ricostruire un complesso sistema di relazione a partire dai principali strumenti in uso nella progettazione (modelling simulation e BIM simulation) e il relativo workflow di connessione con gli attuali strumenti di simulazione delle prestazioni. Questi ultimi sono poi classificati in categorie free: plug-in di simulazione basati su software di progettazione, interfacce utente geometriche per un motore di simulazione e strumenti di simulazione autonomi con un proprio motore di simulazione. Com'e noto, nell'uso di strumenti di simulazione nelle prime fasi di progettazione un problema e costituito dal tempo di elaborazione. Sono state pertanto sviluppate tecniche avanzate per il fast computing, cioè il cloud computing, il calcolo parallelo, i meta-modelli e altri metodi statistici. Questo documento illustra l'applicazione pratica di particolari strumenti di simulazione, analizzando potenziale e limiti. Esistono molti strumenti di simulazione ma la maggior parte di questi sono finalizzati alle fasi di progettazione avanzate per simulazioni molto dettagliate mentre, ci sono molti meno strumenti di supporto alle decisioni per le prime fasi di progettazione anche se si e dimostrato che i percorsi di ottimizzazione delle prestazioni degli edifici green sono quasi sempre determinati nelle prime fasi di progettazione. Con l’emergere di compiti di progettazione ambientale sempre più sofisticati e in grado di affrontare adeguatamente una varietà di possibili casi, non sempre si riescono a soddisfare tali esigenze con un unico strumento, infatti l’analisi dei problemi, a questa scala e complessità, spesso richiede il collegamento di più strumenti. Pertanto nuovi problemi si aprono, in primo luogo e fondamentale l’interoperabilità degli strumenti e la flessibilità delle piattaforme per supportare più formati di input e consentire l’integrazione dei dati. Gli sforzi per migliorare la funzionalità degli strumenti di simulazione sono continui e costantemente si registrano progressivi miglioramenti. Molte sfide dovrebbero pero essere risolte, ad esempio, i tempi di elaborazione della modellazione, la possibilità di rapidi cambiamenti nella progettazione, richieste contrastanti, incertezze di input e spazio di calcolo. Inoltre, il processo decisionale nella progettazione di edifici e della progettazione urbana necessita di una comunicazione multidisciplinare per realizzare risultati di progettazione a più obiettivi che includano non solo la simulazione energetica, ma anche l'ambiente interno, l'inquinamento ambientale, le emissioni di carbonio e i costi del ciclo di vita. Sviluppi interessanti degli ultimi anni riguardano l’integrazione della modellazione energetica con gli strumenti BIM, che facilitano la collaborazione e lo scambio di informazione, e con i software di modellazione parametrica, che creano un enorme potenziale per lo sviluppo di geometrie informate direttamente da parametri energetici e ambientali e per la sperimentazione di nuovi linguaggi architettonici.